CN104316415A - 一种超薄玻璃弯曲强度测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超薄玻璃强度测试方法，包括：获取物件的弹性模量；将物件与待测超薄玻璃固定在一起，形成组合物件试样；通过已有的玻璃强度测试方法，测量组合物件试样的玻璃断裂时刻对应的力值，并代入给定的计算公式，得到超薄玻璃弯曲强度；所述物件为标准梁或块体。本发明实验方法简单，试样制备容易，测试数据精确，可操作性强。采用本发明的方法制备的试验样品，直接依据已有的玻璃强度测试方法及仪器即可完成强度测试。

Description

一种超薄玻璃弯曲强度测试方法

技术领域

本发明属于玻璃力学性能测试技术领域，特别涉及一种超薄玻璃弯曲强度测试方法。

背景技术

近年来，薄玻璃和超薄玻璃越来越多地应用在电子、通讯以及建筑光伏等领域，引起国内外玻璃行业的广泛关注和高度兴趣，并成为未来发展重大方向之一。超薄玻璃由于厚度非常薄，因此，在环境载荷如振动、冲击、静态载荷及热冲击作用下更容易损伤和破裂。超薄玻璃必须具有足够的强度才能保证其安全可靠性应用，强度性能测试是超薄玻璃性能检测的关键参数之一。

目前，已有的玻璃强度测试方法包含三点弯曲法，四点弯曲法，双环法、两点法等。但是，这些方法提供的强度计算公式是基于小变形条件为前提的，即玻璃构件在外力作用下所发生的变形尺度比原有尺寸小的多(千分之几或万分之几)，参见图1a，其中变形后玻璃挠曲线102与变形前玻璃基线101比较弯曲尺度微小，这对于较厚的玻璃(如厚度大于2mm)，计算公式足以满足精度要求，但对于薄玻璃和超薄玻璃(厚度小于2mm)，按已有玻璃强度测试方法及标准，玻璃断裂前试样弯曲挠度远大于玻璃厚度，属于大变形，参见图1b，其中变形后挠曲线102与变形前玻璃基线101比较弯曲尺度非常明显，此时，按小变形理论给出的计算公式，结果会存在明显偏差。另外，超薄玻璃弯曲时还存在非线性问题，静力分析非常复杂，目前还没有精确的理论解析解，因此，已有的玻璃强度测试方法不适合超薄玻璃强度测试。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种可以精确评价超薄玻璃弯曲强度的测试方法。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种超薄玻璃强度测试方法，包括：

获取物件的弹性模量；

将物件与待测超薄玻璃固定在一起，形成组合物件试样；

通过已有的玻璃强度测试方法，测量组合物件试样的玻璃断裂时刻对应的力值，并代入给定的计算公式，得到超薄玻璃弯曲强度；

所述物件为标准梁或块体。

所述物件通过粘接剂与所述待测超薄玻璃粘接在一起，待所述粘接剂固化后，再通过已有的玻璃强度测试方法进行测试。

所述物件的长度和宽度与所述待测超薄玻璃的相同。

所述物件的强度大于待测超薄玻璃的强度值。

所述组合物件试样的厚度为5-10mm。

所述待测超薄玻璃的厚度小于等于2mm。

所述组合物件试样的总厚度与宽度和弯曲跨距的比例为1:3-5:18-22。

所述物件的材质为不锈钢或铝合金。

进一步地，当采用三点弯曲试验进行超薄玻璃弯曲强度测试时，计算公式如下：

中性轴距超薄玻璃外表面距离：

$y_c=h_1+h_2-\frac{h_1^2\mathrm{\γ}+2h_1{h}_2+h_2^2}{2(h_1\mathrm{\γ}+h_2)}$ 其中： $\mathrm{\γ}=\frac{E_1}{E_2}$

超薄玻璃弯曲强度计算公式：

${\mathrm{\σ}}_f=\frac{3P{\mathrm{ly}}_c}{4b\left\{E_2\right[{(h_2-y_c)}^3+y_c^3]+E_1[{(y_c-h_2)}^3+{(h_1+h_2-y_c)}^3\left]\right\}}$

进一步地，确定超薄玻璃断裂时刻的力值，操作步骤如下：

1)将组合物件试样放置在三点弯曲夹具上，玻璃面朝下，开启力学性能试验机，按规定加载速率对组合物件试样进行加载；

2)记录加载过程中载荷-时间或载荷-位移曲线，随着载荷不断增大，超薄玻璃受拉应力不断增大，当拉应力超过超薄玻璃强度时，此时玻璃破裂，并表现为加载曲线上载荷会有一个向下跃迁，跃迁那刻对应的载荷值P_c即为玻璃断裂时对应的载荷，获得P_c后，即可停止试验。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明实验方法简单，试样制备容易，测试数据精确，可操作性强。采用本发明的方法制备的试验样品，直接依据已有的玻璃强度测试方法及仪器即可完成强度测试。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a是现有技术提供的三点弯曲测试玻璃强度小变形示意图；

图1b是现有技术提供的三点弯曲测试玻璃强度大变形示意图；

图2是本发明实施例提供的由超薄玻璃与标准梁粘接组合在一起形成的异料组合梁示意图；

图3a是本发明实施例提供的超薄玻璃弹性模量大于标准梁时异料组合梁弯曲时横截面应力分布示意图；

图3b是本发明实施例提供的超薄玻璃弹性模量小于标准梁时异料组合梁弯曲时横截面应力分布示意图；

图4是本发明实施例提供的三点弯曲试验异料组合梁载荷-时间曲线示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

一种超薄玻璃强度测试方法，包括：

获取物件的弹性模量；

将物件与待测超薄玻璃固定在一起，形成组合物件试样；

通过已有的玻璃强度测试方法，测量组合物件试样的玻璃断裂时刻对应的力值，并代入给定的计算公式，得到超薄玻璃弯曲强度；

所述物件为标准梁或块体。

物件的弹性模量需在试验前进行测量且定为已知参数，本发明通过超薄玻璃与标准梁或块体粘接组合在一起形成的组合梁或块体具有足够高的刚性，对组合梁或块体进行强度测试时，组合梁或块体变形微小，满足小变形条件，并在玻璃的横截面上形成拉伸应力，断裂时刻的表面拉应力为断裂强度。

优选地，物件通过粘接剂与所述待测超薄玻璃粘接在一起，待所述粘接剂固化后，再通过已有的玻璃强度测试方法进行测试。

粘接剂可涂覆在玻璃一面、也可涂覆在标准梁或块体一面，粘接剂粘接强度要满足试验样品被测后粘接界面不产生脱层或脱粘现象，可优先选用502瞬间强力胶；由超薄玻璃和标准梁粘接形成的异料组合梁弯曲变形时粘接界面无滑移，并仍满足平面假设。

优选地，所述物件的长度和宽度与所述待测超薄玻璃的相同，从而保证组合物件试样长、宽一致。

优选地，所述物件的强度大于待测超薄玻璃的强度值，从而保证试验时在超薄玻璃断裂前物件不发生断裂。

优选地，所述组合物件试样的厚度宜大于等于5mm，优选5-10mm，从而保证试验时组合物件试样为小挠度弯曲。

优选地，所述待测超薄玻璃的厚度小于等于2mm。

本发明的方法特别实用于厚度在2mm以下的超薄玻璃强度测试，厚度大于2mm以上的玻璃也适用于本方法。

优选地，为了满足小挠度条件，所述组合物件试样的总厚度与宽度和弯曲跨距的比例为1:3-5:18-22。优选比例1:4:20。应满足已有测试标准对试样要求。

优选地，所述物件的材质为不锈钢或铝合金。

本发明有的玻璃强度测试方法包含三点弯曲法，四点弯曲法，双环法、两点法等，现以三点弯曲强度测试方法为例进行实施方式描述，对于采用其他方法进行的强度测试，在样品制备、操作步骤和计算公式虽与本发明存在差异，但凡是在本发明技术原理和方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

图2为本发明提供的针对三点弯曲法，由超薄玻璃与标准梁粘接组合在一起形成的组合梁示意图。如图2所示，为了增大三点弯曲试样整体刚度，用强力粘接剂203将超薄玻璃201和已知弹性模量的标准梁202粘接在一起，形成一根组合梁，该组合梁因厚度比超薄玻璃大很多，进行三点弯曲试验时，可满足小变形条件。假设超薄玻璃与标准梁之间没有界面滑移(要求粘接界面具有足够的剪切强度)，粘接剂厚度忽略不计。试验时，组合梁的超薄玻璃201一面朝下，在标准梁202一面加载后超薄玻璃受拉应力作用，并且可以算出沿厚度方向的应力分布，将对应于超薄玻璃开裂的表面最大应力作为超薄玻璃强度。

所述的组合梁在弯曲应力作用下横截面应力分布图如图3a和图3b所示，其中图3a为标准梁弹性模量大于玻璃弹性模量示意图，图3b为标准梁弹性模量小于玻璃弹性模量对应的应力分布示意图，图中，301对应的区域为拉应力区，302对应的区域为压应力区，303为异料组合梁弯曲时的中性轴，显然，超薄玻璃整个横断面均受拉应力作用。

确定中性轴303距超薄玻璃外表面距离y_c由如下公式确定：

$y_c=h_1+h_2-\frac{h_1^2\mathrm{\γ}+2h_1{h}_2+h_2^2}{2(h_1\mathrm{\γ}+h_2)}---\left(1\right)$

其中： $\mathrm{\γ}=\frac{E_1}{E_2}$

所述的确定超薄玻璃破裂对应的载荷，试验步骤如下：

1)将组合梁放置在三点弯曲夹具上，玻璃面朝下，开启力学性能试验机，按规定加载速率对组合梁进行加载；

2)记录加载过程中载荷-时间或载荷-位移曲线，随着载荷不断增大，超薄玻璃受拉应力不断增大，当拉应力超过超薄玻璃强度时，此时玻璃破裂，并表现为加载曲线上载荷会有一个向下跃迁，如图4所示，跃迁那刻对应的载荷值P_c即为玻璃断裂时对应的载荷，获得P_c后，即可停止试验。

所述的超薄玻璃弯曲强度σ_f计算公式由如下公式确定：

${\mathrm{\σ}}_f=\frac{3P_c{\mathrm{ly}}_c}{4b\left\{E_2\right[{(h_2-y_c)}^3+y_c^3]+E_1[{(y_c-h_2)}^3+{(h_1+h_2-y_c)}^3\left]\right\}}---\left(2\right)$

上述公式中，E₁为标准梁弹性模量，E₂为超薄玻璃弹性模量，h₁为标准梁厚度，h₂为超薄玻璃厚度，l为三点弯曲法试验夹具的下跨距离。

采用本发明的方法对超薄玻璃进行了弯曲强度测试，选择了一块长、宽、高分别为120mm、20mm、4.5mm的不锈钢梁作为本试验的标准梁，不锈钢弹性模量为200GPa，被测超薄玻璃切成长宽尺寸与标准梁相同，厚度为0.5mm的梁，四周进行了精细磨边，超薄玻璃弹性模量为70GPa。将超薄玻璃与不锈钢梁四周对齐后用502瞬间强力胶粘接在一起，形成异料组合梁待测。按式(1)计算得到组合梁中性轴距超薄玻璃外表面距离为2.66mm，采用GB/T 6569-2006《精细陶瓷弯曲强度试验方法》标准对复合梁进行三点弯曲试验，获得玻璃断裂时刻对应的载荷为590N，代入式(2)计算得到超薄玻璃弯曲强度为79.08MPa，测试结果与玻璃实际强度保持一致。

采用本发明的方法制备的试验样品，直接依据已有的玻璃强度测试方法及仪器即可完成强度测试，解决了目前超薄玻璃强度测试存在弯曲大变形问题及试验结果不准确的问题，具有较好的实用价值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超薄玻璃强度测试方法，其特征在于，包括：

获取物件的弹性模量；

将物件与待测超薄玻璃固定在一起，形成组合物件试样；

通过已有的玻璃强度测试方法，测量组合物件试样的玻璃断裂时刻对应的力值，并代入给定的计算公式，得到超薄玻璃弯曲强度；

所述物件为标准梁或块体。

2.根据权利要求1所述的超薄玻璃强度测试方法，其特征在于，所述物件通过粘接剂与所述待测超薄玻璃粘接在一起，待所述粘接剂固化后，再通过已有的玻璃强度测试方法进行测试。

3.根据权利要求1所述的超薄玻璃强度测试方法，其特征在于，所述物件的长度和宽度与所述待测超薄玻璃的相同。

4.根据权利要求1所述的超薄玻璃强度测试方法，其特征在于，所述物件的强度大于待测超薄玻璃的强度值。

5.根据权利要求1所述的超薄玻璃强度测试方法，其特征在于，所述组合物件试样的厚度为5-10mm。

6.根据权利要求1所述的超薄玻璃强度测试方法，其特征在于，所述待测超薄玻璃的厚度小于等于2mm。

7.根据权利要求1所述的超薄玻璃强度测试方法，其特征在于，所述组合物件试样的总厚度与宽度和弯曲跨距的比例为1:3-5:18-22。

8.根据权利要求1所述的超薄玻璃强度测试方法，其特征在于，所述物件的材质为不锈钢或铝合金。

9.根据权利要求1所述的超薄玻璃强度测试方法，其特征在于，当采用三点弯曲试验进行超薄玻璃弯曲强度测试时，计算公式如下：

中性轴距超薄玻璃外表面距离：

$y_c=h_1+h_2-\frac{h_1^2\mathrm{\γ}+2h_1{h}_2+h_2^2}{2(h_1\mathrm{\γ}+h_2)}$ 其中： $\mathrm{\γ}=\frac{E_1}{E_2}$

超薄玻璃弯曲强度计算公式：

${\mathrm{\σ}}_f=\frac{3{\mathrm{Ply}}_c}{4b\left\{E_2\right[{(h_2-y_c)}^2+y_c^3]+E_1[{(y_c-h_2)}^2+{(h_1+h_2-y_c)}^2\left]\right\}}$

10.根据权利要求1-9任一项所述的超薄玻璃强度测试方法，其特征在于，确定超薄玻璃断裂时刻的力值包括以下步骤如下：

1)将组合物件试样放置在三点弯曲夹具上，玻璃面朝下，开启力学性能试验机，按规定加载速率对组合物件试样进行加载；

2)记录加载过程中载荷-时间或载荷-位移曲线，随着载荷不断增大，超薄玻璃受拉应力不断增大，当拉应力超过超薄玻璃强度时，此时玻璃破裂，并表现为加载曲线上载荷会有一个向下跃迁，跃迁那刻对应的载荷值P_c即为玻璃断裂时对应的载荷，获得P_c后，即可停止试验。