光彈法檢測(cè)
真空玻璃真空度是實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析中的一種基本方法，是基于力學(xué)基礎(chǔ)之上的，在介紹該方法前，首先對(duì)真空玻璃內(nèi)部應(yīng)力分布狀態(tài)作簡(jiǎn)單的分析。
1、真空玻璃支撐應(yīng)力分析
雙層真空玻璃在外部大氣壓作用下，將產(chǎn)生很大的應(yīng)力和變形。為保證玻璃不因大氣壓而產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力，在真空玻璃內(nèi)部放置許多金屬支撐物如圖1所示，玻璃與支撐物相互作用抵消了玻璃內(nèi)外大氣壓差帶來(lái)的附加外力。顯然，當(dāng)大氣壓差越大時(shí)，支撐物與玻璃的相互作用力越大，而且支撐力的大小與氣壓差成線性比例關(guān)系。為分析真空玻璃支撐點(diǎn)處的應(yīng)力分布特征，根據(jù)真空玻璃結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以將真空玻璃每點(diǎn)支撐區(qū)域劃分為一個(gè)單元進(jìn)行受力分析，其一個(gè)單元的受力力學(xué)理論計(jì)算模型可簡(jiǎn)化為圖2所示。
圖2 真空玻璃的支撐應(yīng)力模型圖
單元模型可認(rèn)為是四邊固支，在均布?jí)毫及支撐力F 的作用下，最大應(yīng)力將出現(xiàn)在玻璃與支撐物支撐點(diǎn)處，計(jì)算公式計(jì)算如下：
式中：a，b 分別為真空玻璃支撐點(diǎn)的橫向和縱向距離；F = qab；t為單片玻璃厚度；r 為支撐物半徑；A、B、B1 分別為系數(shù)，當(dāng)a /b= 1時(shí)，A= 0.0138，B= 0.1386，B1 = 0.1386。
根據(jù)上述計(jì)算公式，支撐點(diǎn)位置處產(chǎn)生的最大應(yīng)力與真空玻璃支撐物排列距離、方式、支撐物大小，真空玻璃單片玻璃厚度及真空度有關(guān)。顯然，當(dāng)真空玻璃結(jié)構(gòu)確定時(shí)，支撐處的最大應(yīng)力應(yīng)與玻璃的內(nèi)外壓差成正比。
根據(jù)上面的理論計(jì)算方法，筆者對(duì)一真空玻璃樣品進(jìn)行了計(jì)算，并同時(shí)對(duì)其進(jìn)行了有限元分析，真空玻璃為鈉鈣普通玻璃，E = 72 GPa，v =0.22，玻璃單片厚度為4 mm，支撐物為不銹鋼，直徑為0.4 mm，支撐物長(zhǎng)寬間距分別為3 cm. 根據(jù)上面的理論公式進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為Rmax=11.057 MPa，有限元分析結(jié)果得到Rmax =11.9MPa，兩者誤差相差7.62%，有限元得到的等效應(yīng)力分布圖見(jiàn)圖3。由上面的計(jì)算及分析結(jié)果表明，支點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，該處應(yīng)力最大，由玻璃內(nèi)外壓差而帶來(lái)的附加力基本上呈均勻狀態(tài)分布于真空玻璃內(nèi)部的各個(gè)支點(diǎn)上，各支點(diǎn)處的最大應(yīng)力均在玻璃設(shè)計(jì)強(qiáng)度允許范圍內(nèi)。
圖3 ANSYS模擬真空玻璃支撐等效應(yīng)力云圖
2、光彈法檢測(cè)真空度的基本原理
根據(jù)上面對(duì)真空玻璃應(yīng)力分析，我們知道在真空玻璃支撐物與玻璃支撐位置處會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，該位置玻璃應(yīng)力最大。而且最大應(yīng)力與玻璃的真空度有關(guān)，當(dāng)玻璃真空度完全損失時(shí)，它們之間的作用力也完全消失。根據(jù)光彈性原理，材料在外力作用下會(huì)產(chǎn)生臨時(shí)雙折射現(xiàn)象，而這種現(xiàn)象是可以通過(guò)光彈儀觀測(cè)得到的。圖4為通過(guò)光彈儀觀測(cè)到一單片玻璃厚為4mm，支撐點(diǎn)間距為3 cm的雙層真空玻璃的應(yīng)力光斑，光斑為梅花形狀，應(yīng)力光斑的形狀與大小與該處的主應(yīng)力值有關(guān)。
圖4 通過(guò)光彈儀觀測(cè)到真空玻璃應(yīng)力光斑圖
我們知道，在支撐物與玻璃相互接觸位置點(diǎn)處為三向應(yīng)力狀態(tài)，在該接觸點(diǎn)取一微小單元體，在支撐物與玻璃的接觸面上，有接觸應(yīng)力R3，由于R3 的作用，單元體將向周圍膨脹，于是引起周圍玻璃對(duì)它的約束應(yīng)力R1 和R2。由于實(shí)際支撐物結(jié)構(gòu)尺寸很小，因此，支撐點(diǎn)處可以把支撐力看作為集中荷載，玻璃看作半無(wú)限大平面體。
