一種超薄玻璃彎曲強(qiáng)度測(cè)試方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種超薄玻璃強(qiáng)度測(cè)試方法，包括：獲取物件的彈性模量；將物件與待測(cè)超薄玻璃固定在一起，形成組合物件試樣；通過(guò)已有的玻璃強(qiáng)度測(cè)試方法，測(cè)量組合物件試樣的玻璃斷裂時(shí)刻對(duì)應(yīng)的力值，并代入給定的計(jì)算公式，得到超薄玻璃彎曲強(qiáng)度；所述物件為標(biāo)準(zhǔn)梁或塊體。本發(fā)明實(shí)驗(yàn)方法簡(jiǎn)單，試樣制備容易，測(cè)試數(shù)據(jù)精確，可操作性強(qiáng)。采用本發(fā)明的方法制備的試驗(yàn)樣品，直接依據(jù)已有的玻璃強(qiáng)度測(cè)試方法及儀器即可完成強(qiáng)度測(cè)試。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種超薄玻璃彎曲強(qiáng)度測(cè)試方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于玻璃力學(xué)性能測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種超薄玻璃彎曲強(qiáng)度測(cè)試方法。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，薄玻璃和超薄玻璃越來(lái)越多地應(yīng)用在電子、通訊以及建筑光伏等領(lǐng)域，弓丨起國(guó)內(nèi)外玻璃行業(yè)的廣泛關(guān)注和高度興趣，并成為未來(lái)發(fā)展重大方向之一。超薄玻璃由于厚度非常薄，因此，在環(huán)境載荷如振動(dòng)、沖擊、靜態(tài)載荷及熱沖擊作用下更容易損傷和破裂。超薄玻璃必須具有足夠的強(qiáng)度才能保證其安全可靠性應(yīng)用，強(qiáng)度性能測(cè)試是超薄玻璃性能檢測(cè)的關(guān)鍵參數(shù)之一。
[0003]目前，已有的玻璃強(qiáng)度測(cè)試方法包含三點(diǎn)彎曲法，四點(diǎn)彎曲法，雙環(huán)法、兩點(diǎn)法等。但是，這些方法提供的強(qiáng)度計(jì)算公式是基于小變形條件為前提的，即玻璃構(gòu)件在外力作用下所發(fā)生的變形尺度比原有尺寸小的多(千分之幾或萬(wàn)分之幾)，參見(jiàn)圖la，其中變形后玻璃撓曲線(xiàn)102與變形前玻璃基線(xiàn)101比較彎曲尺度微小，這對(duì)于較厚的玻璃(如厚度大于2mm)，計(jì)算公式足以滿(mǎn)足精度要求，但對(duì)于薄玻璃和超薄玻璃(厚度小于2mm)，按已有玻璃強(qiáng)度測(cè)試方法及標(biāo)準(zhǔn)，玻璃斷裂前試樣彎曲撓度遠(yuǎn)大于玻璃厚度，屬于大變形，參見(jiàn)圖lb，其中變形后撓曲線(xiàn)102與變形前玻璃基線(xiàn)101比較彎曲尺度非常明顯，此時(shí)，按小變形理論給出的計(jì)算公式，結(jié)果會(huì)存在明顯偏差。另外，超薄玻璃彎曲時(shí)還存在非線(xiàn)性問(wèn)題，靜力分析非常復(fù)雜，目前還沒(méi)有精確的理論解析解，因此，已有的玻璃強(qiáng)度測(cè)試方法不適合超薄玻璃強(qiáng)度測(cè)試。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種可以精確評(píng)價(jià)超薄玻璃彎曲強(qiáng)度的測(cè)試方法。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:
[0006]一種超薄玻璃強(qiáng)度測(cè)試方法，包括:
[0007]獲取物件的彈性模量；
[0008]將物件與待測(cè)超薄玻璃固定在一起，形成組合物件試樣；
[0009]通過(guò)已有的玻璃強(qiáng)度測(cè)試方法，測(cè)量組合物件試樣的玻璃斷裂時(shí)刻對(duì)應(yīng)的力值，并代入給定的計(jì)算公式，得到超薄玻璃彎曲強(qiáng)度；
[0010]所述物件為標(biāo)準(zhǔn)梁或塊體。
[0011]所述物件通過(guò)粘接劑與所述待測(cè)超薄玻璃粘接在一起，待所述粘接劑固化后，再通過(guò)已有的玻璃強(qiáng)度測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試。
[0012]所述物件的長(zhǎng)度和寬度與所述待測(cè)超薄玻璃的相同。
[0013]所述物件的強(qiáng)度大于待測(cè)超薄玻璃的強(qiáng)度值。
[0014]所述組合物件試樣的厚度為5-10mm。
[0015]所述待測(cè)超薄玻璃的厚度小于等于2mm。
[0016]所述組合物件試樣的總厚度與寬度和彎曲跨距的比例為1:3-5:18-22。
[0017]所述物件的材質(zhì)為不銹鋼或鋁合金。
[0018]進(jìn)一步地，當(dāng)采用三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)進(jìn)行超薄玻璃彎曲強(qiáng)度測(cè)試時(shí)，計(jì)算公式如下:
[0019]中性軸距超薄玻璃外表面距離:
, , h}y + 2h,h； +h； _ , E,
[0020]Jc = K +h2—————其中:5/ = 7
2(hj + h2)E2
[0021]超薄玻璃彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式:
—3 PZvr
[。。22] σ/ = 4φ: [(/;2 - V,.)-; + V； ] + Ei |(Λ — h2 Y + (h' +h2- V,); t
[0023]進(jìn)一步地，確定超薄玻璃斷裂時(shí)刻的力值，操作步驟如下:
[0024]I)將組合物件試樣放置在三點(diǎn)彎曲夾具上，玻璃面朝下，開(kāi)啟力學(xué)性能試驗(yàn)機(jī)，按規(guī)定加載速率對(duì)組合物件試樣進(jìn)行加載；
[0025]2)記錄加載過(guò)程中載荷-時(shí)間或載荷-位移曲線(xiàn)，隨著載荷不斷增大，超薄玻璃受拉應(yīng)力不斷增大，當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)超薄玻璃強(qiáng)度時(shí)，此時(shí)玻璃破裂，并表現(xiàn)為加載曲線(xiàn)上載荷會(huì)有一個(gè)向下躍遷，躍遷那刻對(duì)應(yīng)的載荷值P。即為玻璃斷裂時(shí)對(duì)應(yīng)的載荷，獲得P。后，即可停止試驗(yàn)。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0027]本發(fā)明實(shí)驗(yàn)方法簡(jiǎn)單，試樣制備容易，測(cè)試數(shù)據(jù)精確，可操作性強(qiáng)。采用本發(fā)明的方法制備的試驗(yàn)樣品，直接依據(jù)已有的玻璃強(qiáng)度測(cè)試方法及儀器即可完成強(qiáng)度測(cè)試。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0029]圖1a是現(xiàn)有技術(shù)提供的三點(diǎn)彎曲測(cè)試玻璃強(qiáng)度小變形示意圖；
[0030]圖1b是現(xiàn)有技術(shù)提供的三點(diǎn)彎曲測(cè)試玻璃強(qiáng)度大變形示意圖；
[0031]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的由超薄玻璃與標(biāo)準(zhǔn)梁粘接組合在一起形成的異料組合梁不意圖；
[0032]圖3a是本發(fā)明實(shí)施例提供的超薄玻璃彈性模量大于標(biāo)準(zhǔn)梁時(shí)異料組合梁彎曲時(shí)橫截面應(yīng)力分布示意圖；
[0033]圖3b是本發(fā)明實(shí)施例提供的超薄玻璃彈性模量小于標(biāo)準(zhǔn)梁時(shí)異料組合梁彎曲時(shí)橫截面應(yīng)力分布示意圖；
[0034]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)異料組合梁載荷-時(shí)間曲線(xiàn)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0035]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0036]一種超薄玻璃強(qiáng)度測(cè)試方法，包括:
[0037]獲取物件的彈性模量；
[0038]將物件與待測(cè)超薄玻璃固定在一起，形成組合物件試樣；
[0039]通過(guò)已有的玻璃強(qiáng)度測(cè)試方法，測(cè)量組合物件試樣的玻璃斷裂時(shí)刻對(duì)應(yīng)的力值，并代入給定的計(jì)算公式，得到超薄玻璃彎曲強(qiáng)度；
[0040]所述物件為標(biāo)準(zhǔn)梁或塊體。
[0041]物件的彈性模量需在試驗(yàn)前進(jìn)行測(cè)量且定為已知參數(shù)，本發(fā)明通過(guò)超薄玻璃與標(biāo)準(zhǔn)梁或塊體粘接組合在一起形成的組合梁或塊體具有足夠高的剛性，對(duì)組合梁或塊體進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試時(shí)，組合梁或塊體變形微小，滿(mǎn)足小變形條件，并在玻璃的橫截面上形成拉伸應(yīng)力，斷裂時(shí)刻的表面拉應(yīng)力為斷裂強(qiáng)度。
[0042]優(yōu)選地，物件通過(guò)粘接劑與所述待測(cè)超薄玻璃粘接在一起，待所述粘接劑固化后，再通過(guò)已有的玻璃強(qiáng)度測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試。
[0043]粘接劑可涂覆在玻璃一面、也可涂覆在標(biāo)準(zhǔn)梁或塊體一面，粘接劑粘接強(qiáng)度要滿(mǎn)足試驗(yàn)樣品被測(cè)后粘接界面不產(chǎn)生脫層或脫粘現(xiàn)象，可優(yōu)先選用502瞬間強(qiáng)力膠；由超薄玻璃和標(biāo)準(zhǔn)梁粘接形成的異料組合梁彎曲變形時(shí)粘接界面無(wú)滑移，并仍滿(mǎn)足平面假設(shè)。
[0044]優(yōu)選地，所述物件的長(zhǎng)度和寬度與所述待測(cè)超薄玻璃的相同，從而保證組合物件試樣長(zhǎng)、寬一致。
[0045]優(yōu)選地，所述物件的強(qiáng)度大于待測(cè)超薄玻璃的強(qiáng)度值，從而保證試驗(yàn)時(shí)在超薄玻璃斷裂前物件不發(fā)生斷裂。
[0046]優(yōu)選地,所述組合物件試樣的厚度宜大于等于5mm,優(yōu)選5-10mm,從而保證試驗(yàn)時(shí)組合物件試樣為小撓度彎曲。
[0047]優(yōu)選地，所述待測(cè)超薄玻璃的厚度小于等于2mm。
[0048]本發(fā)明的方法特別實(shí)用于厚度在2_以下的超薄玻璃強(qiáng)度測(cè)試，厚度大于2_以上的玻璃也適用于本方法。
[0049]優(yōu)選地，為了滿(mǎn)足小撓度條件，所述組合物件試樣的總厚度與寬度和彎曲跨距的比例為1:3-5:18-22。優(yōu)選比例1:4:20。應(yīng)滿(mǎn)足已有測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試樣要求。
[0050]優(yōu)選地，所述物件的材質(zhì)為不銹鋼或鋁合金。
[0051]本發(fā)明有的玻璃強(qiáng)度測(cè)試方法包含三點(diǎn)彎曲法，四點(diǎn)彎曲法，雙環(huán)法、兩點(diǎn)法等，現(xiàn)以三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度測(cè)試方法為例進(jìn)行實(shí)施方式描述，對(duì)于采用其他方法進(jìn)行的強(qiáng)度測(cè)試，在樣品制備、操作步驟和計(jì)算公式雖與本發(fā)明存在差異，但凡是在本發(fā)明技術(shù)原理和方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
[0052]圖2為本發(fā)明提供的針對(duì)三點(diǎn)彎曲法，由超薄玻璃與標(biāo)準(zhǔn)梁粘接組合在一起形成的組合梁示意圖。如圖2所示，為了增大三點(diǎn)彎曲試樣整體剛度，用強(qiáng)力粘接劑203將超薄玻璃201和已知彈性模量的標(biāo)準(zhǔn)梁202粘接在一起，形成一根組合梁，該組合梁因厚度比超薄玻璃大很多，進(jìn)行三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)時(shí)，可滿(mǎn)足小變形條件。假設(shè)超薄玻璃與標(biāo)準(zhǔn)梁之間沒(méi)有界面滑移(要求粘接界面具有足夠的剪切強(qiáng)度)，粘接劑厚度忽略不計(jì)。試驗(yàn)時(shí)，組合梁的超薄玻璃201 —面朝下，在標(biāo)準(zhǔn)梁202—面加載后超薄玻璃受拉應(yīng)力作用，并且可以算出沿厚度方向的應(yīng)力分布，將對(duì)應(yīng)于超薄玻璃開(kāi)裂的表面最大應(yīng)力作為超薄玻璃強(qiáng)度。
[0053]所述的組合梁在彎曲應(yīng)力作用下橫截面應(yīng)力分布圖如圖3a和圖3b所示，其中圖3a為標(biāo)準(zhǔn)梁彈性模量大于玻璃彈性模量示意圖，圖3b為標(biāo)準(zhǔn)梁彈性模量小于玻璃彈性模量對(duì)應(yīng)的應(yīng)力分布示意圖，圖中，301對(duì)應(yīng)的區(qū)域?yàn)槔瓚?yīng)力區(qū)，302對(duì)應(yīng)的區(qū)域?yàn)閴簯?yīng)力區(qū)，303為異料組合梁彎曲時(shí)的中性軸，顯然，超薄玻璃整個(gè)橫斷面均受拉應(yīng)力作用。
[0054]確定中性軸303距超薄玻璃外表面距離y。由如下公式確定:
h, V 2/?I hr, + h’, 1、
[0055]Jc = K + h1--^——7—^( 1)

2{hj + h2)

E1
[0056]其中:r= ^
[0057]所述的確定超薄玻璃破裂對(duì)應(yīng)的載荷，試驗(yàn)步驟如下:
[0058]I)將組合梁放置在三點(diǎn)彎曲夾具上，玻璃面朝下，開(kāi)啟力學(xué)性能試驗(yàn)機(jī)，按規(guī)定加載速率對(duì)組合梁進(jìn)行加載；
[0059]2)記錄加載過(guò)程中載荷-時(shí)間或載荷-位移曲線(xiàn)，隨著載荷不斷增大，超薄玻璃受拉應(yīng)力不斷增大，當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)超薄玻璃強(qiáng)度時(shí)，此時(shí)玻璃破裂，并表現(xiàn)為加載曲線(xiàn)上載荷會(huì)有一個(gè)向下躍遷，如圖4所示，躍遷那刻對(duì)應(yīng)的載荷值P。即為玻璃斷裂時(shí)對(duì)應(yīng)的載荷，獲得P。后，即可停止試驗(yàn)。
[0060]所述的超薄玻璃彎曲強(qiáng)度σ f計(jì)算公式由如下公式確定:
「?燈 ____ PM_^⑴
[。。61] f 4Λ{￡.2 [(h2 - r,)5 + Jc3 ]+ E1 [θ.-h2f+ (h, + A2 - , ) ]}
[0062]上述公式中，E1為標(biāo)準(zhǔn)梁彈性模量，E2為超薄玻璃5半K候;量，K為標(biāo)準(zhǔn)梁厚度，h2為超薄玻璃厚度，I為三點(diǎn)彎曲法試驗(yàn)夾具的下跨距離。
[0063]采用本發(fā)明的方法對(duì)超薄玻璃進(jìn)行了彎曲強(qiáng)度測(cè)試，選擇了一塊長(zhǎng)、寬、高分別為120mm、20mm、4.5mm的不銹鋼梁作為本試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)梁，不銹鋼彈性模量為200GPa，被測(cè)超薄玻璃切成長(zhǎng)寬尺寸與標(biāo)準(zhǔn)梁相同，厚度為0.5mm的梁，四周進(jìn)行了精細(xì)磨邊，超薄玻璃彈性模量為70GPa。將超薄玻璃與不銹鋼梁四周對(duì)齊后用502瞬間強(qiáng)力膠粘接在一起，形成異料組合梁待測(cè)。按式(I)計(jì)算得到組合梁中性軸距超薄玻璃外表面距離為2.66mm，采用GB/T6569-2006《精細(xì)陶瓷彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)復(fù)合梁進(jìn)行三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，獲得玻璃斷裂時(shí)刻對(duì)應(yīng)的載荷為590N，代入式(2)計(jì)算得到超薄玻璃彎曲強(qiáng)度為79.08MPa，測(cè)試結(jié)果與玻璃實(shí)際強(qiáng)度保持一致。
[0064]采用本發(fā)明的方法制備的試驗(yàn)樣品，直接依據(jù)已有的玻璃強(qiáng)度測(cè)試方法及儀器即可完成強(qiáng)度測(cè)試，解決了目前超薄玻璃強(qiáng)度測(cè)試存在彎曲大變形問(wèn)題及試驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確的問(wèn)題，具有較好的實(shí)用價(jià)值。
[0065]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種超薄玻璃強(qiáng)度測(cè)試方法，其特征在于，包括: 獲取物件的彈性模量； 將物件與待測(cè)超薄玻璃固定在一起，形成組合物件試樣； 通過(guò)已有的玻璃強(qiáng)度測(cè)試方法，測(cè)量組合物件試樣的玻璃斷裂時(shí)刻對(duì)應(yīng)的力值，并代入給定的計(jì)算公式，得到超薄玻璃彎曲強(qiáng)度； 所述物件為標(biāo)準(zhǔn)梁或塊體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超薄玻璃強(qiáng)度測(cè)試方法，其特征在于，所述物件通過(guò)粘接劑與所述待測(cè)超薄玻璃粘接在一起，待所述粘接劑固化后，再通過(guò)已有的玻璃強(qiáng)度測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超薄玻璃強(qiáng)度測(cè)試方法，其特征在于，所述物件的長(zhǎng)度和寬度與所述待測(cè)超薄玻璃的相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超薄玻璃強(qiáng)度測(cè)試方法，其特征在于，所述物件的強(qiáng)度大于待測(cè)超薄玻璃的強(qiáng)度值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超薄玻璃強(qiáng)度測(cè)試方法，其特征在于，所述組合物件試樣的厚度為5-10mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超薄玻璃強(qiáng)度測(cè)試方法，其特征在于，所述待測(cè)超薄玻璃的厚度小于等于2mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超薄玻璃強(qiáng)度測(cè)試方法，其特征在于，所述組合物件試樣的總厚度與寬度和彎曲跨距的比例為1:3-5:18-22。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超薄玻璃強(qiáng)度測(cè)試方法，其特征在于，所述物件的材質(zhì)為不銹鋼或招合金。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超薄玻璃強(qiáng)度測(cè)試方法，其特征在于，當(dāng)采用三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)進(jìn)行超薄玻璃彎曲強(qiáng)度測(cè)試時(shí)，計(jì)算公式如下: 中性軸距超薄玻璃外表面距離:
,,h:y + Ikh0 + h； _ , E1 yc =K +h — - - $中
2(/?丨尸+ /z2)E2 超薄玻璃彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式: _ _ 3 P Iyr_
4b{E2\(h2 -yc)3 + jL3]+￡,[(>.,.-h2f +(Jtl +h2 - Jc)3]}
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的超薄玻璃強(qiáng)度測(cè)試方法，其特征在于，確定超薄玻璃斷裂時(shí)刻的力值包括以下步驟如下: 1)將組合物件試樣放置在三點(diǎn)彎曲夾具上，玻璃面朝下，開(kāi)啟力學(xué)性能試驗(yàn)機(jī)，按規(guī)定加載速率對(duì)組合物件試樣進(jìn)行加載； 2)記錄加載過(guò)程中載荷-時(shí)間或載荷-位移曲線(xiàn)，隨著載荷不斷增大，超薄玻璃受拉應(yīng)力不斷增大，當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)超薄玻璃強(qiáng)度時(shí)，此時(shí)玻璃破裂，并表現(xiàn)為加載曲線(xiàn)上載荷會(huì)有一個(gè)向下躍遷，躍遷那刻對(duì)應(yīng)的載荷值P。即為玻璃斷裂時(shí)對(duì)應(yīng)的載荷，獲得P。后，即可停止試驗(yàn)。
【文檔編號(hào)】G01N3/20GK104316415SQ201410589314
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】劉小根, 包亦望, 萬(wàn)德田, 邱巖 申請(qǐng)人:中國(guó)建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)股份有限公司