玻璃幕墻癌癥-鋼化玻璃自爆(修訂版系列二)

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　　5.5玻璃的統(tǒng)計(jì)力學(xué)強(qiáng)度
　　玻璃的斷裂強(qiáng)度離散性大，強(qiáng)度的測定與測試條件如加載方式、加載速率、持續(xù)時(shí)間等密切相關(guān)。很多國家往往采用統(tǒng)計(jì)分析方法推斷出玻璃強(qiáng)度的估算公式，通常將幾百片玻璃破壞的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，求出平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，推斷玻璃的力學(xué)強(qiáng)度，給出設(shè)計(jì)安全系數(shù)與失效關(guān)系如下：

　　安全系數(shù) 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.3
　　失效概率 50% 9% 1% 0.1% 0.01% 0.003%

　　六 玻璃斷裂力學(xué)-線彈性斷裂力學(xué)
　　6.1在傳統(tǒng)的強(qiáng)度計(jì)算中，構(gòu)件看成不帶裂紋的連續(xù)體，并以工作應(yīng)力和許用應(yīng)力或以應(yīng)力設(shè)計(jì)值和材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值相比較來判斷構(gòu)件的強(qiáng)度，實(shí)踐證明對一般結(jié)構(gòu)，這種傳統(tǒng)的方法是可靠的，但對象玻璃這樣的脆性材料，可靠性是不夠的，研究玻璃結(jié)構(gòu)的安全使用問題，必須從玻璃材料不可避免地存在裂紋這一客觀的事實(shí)出發(fā)，即既要考慮裂紋應(yīng)力集中的效應(yīng)，又要考慮玻璃材料的斷裂韌性，早在二十世紀(jì)二十年代，格里菲思(Griffith) 對玻璃低應(yīng)力脆斷的理論分析，提出了玻璃的實(shí)際強(qiáng)度取決于裂紋擴(kuò)展應(yīng)力的著名論點(diǎn)，創(chuàng)立了玻璃斷裂力學(xué)，即線彈性斷裂力學(xué)。隨后發(fā)展的彈塑性（詞條“塑性”由行業(yè)大百科提供）斷裂力學(xué)在導(dǎo)彈、飛機(jī)、原子能、橋梁、大型鍛焊件等結(jié)構(gòu)得了成功的應(yīng)用，顯示了斷裂力學(xué)強(qiáng)大的生命力。


　　6.2 研究裂紋尖端附近的應(yīng)力、位移以及裂紋擴(kuò)展規(guī)律的力學(xué)，稱為斷裂力學(xué)。玻璃構(gòu)件的斷裂是由于其中存在裂紋并在一定應(yīng)力水平下擴(kuò)展而導(dǎo)致的。在發(fā)生脆性斷裂前，除了裂紋端部附近的很小范圍外，材料均處于彈性狀態(tài)，可按線彈性理論來分析應(yīng)力和變形，稱之為“線彈性斷裂力學(xué)” 。二十世紀(jì)五十年代，采用復(fù)變函數(shù)分析方法，對裂紋端部的應(yīng)力與變形進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)應(yīng)力場的水平只與參數(shù)K1 (張開型裂紋) 有關(guān)，稱此為應(yīng)力強(qiáng)度因子。玻璃結(jié)構(gòu)一般為有限寬度的薄板，表面裂紋呈非貫穿性，按照斷裂力學(xué)的分析方法，筆者推薦玻璃結(jié)構(gòu)K1 的估算式為：


　　K₁=1.1×σn×a^1/2 ----------- (1)
　　σn 裂紋所在平面（詞條“平面”由行業(yè)大百科提供）上凈截面的平均應(yīng)力
　　a 表面裂紋深度
　　K₁應(yīng)力強(qiáng)度因子

　　6.3 斷裂韌度及斷裂判據(jù)。

　　斷裂力學(xué)的試驗(yàn)表明：對于一定厚度的玻璃，當(dāng)應(yīng)力強(qiáng)度因子達(dá)到某一臨界值，裂紋即迅速擴(kuò)展(稱為失穩(wěn)擴(kuò)展)而導(dǎo)致玻璃結(jié)構(gòu)脆性斷裂，這就更進(jìn)一步證明用應(yīng)力強(qiáng)度因子來描述裂紋尖端的受力程度，是客觀反映了玻璃結(jié)構(gòu)脆性斷裂的本質(zhì)。使裂紋發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展的臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子值，稱為材料的斷裂韌度，以K_1c 表示，玻璃結(jié)構(gòu)脆性斷裂的判據(jù)：

　　K₁＝K_1c ------------ (2) ，
　　當(dāng)K₁ ＜K_1c 玻璃不斷裂；當(dāng)K₁＝K_1c玻璃斷裂。

　　K_1c是材料固有的一種力學(xué)性質(zhì)，根據(jù)文獻(xiàn)《Construire en verre》，推算浮法玻璃的K1C≈0.76×10⁵ N m^-3/2

　　6.4 硫化鎳臨界直徑
　　應(yīng)用斷裂力學(xué)的研究方法，Swain推導(dǎo)出下述公式[4]，可計(jì)算引起自爆的NiS的臨界直徑 D_c
　　D_c=( πK²_1c ) / (3.55 P₀^0.5σ₀^1.5)
　　臨界直徑D_c值取決于NiS周圍的玻璃應(yīng)力值σ₀。 式中應(yīng)力強(qiáng)度因子K_1c=0.7610⁵ N m^-3/2度量相變及熱膨脹的因子P₀= 615 Mpa .

　　6.5 鋼化玻璃的強(qiáng)度為甚么得到提高？

　　鋼化玻璃的生產(chǎn)方法：把玻璃加熱到接近軟化溫度(不低於640℃) ，然后出爐進(jìn)行快速冷卻，使玻璃表面產(chǎn)生了壓應(yīng)力，玻璃表面的荷載拉應(yīng)力σ_L 和玻璃表面的壓應(yīng)力σ_u相抵消，降低了玻璃表面實(shí)際拉應(yīng)力的水平，從而提高了玻璃的強(qiáng)度。如圖二十六。

圖二十六 鋼化玻璃的增強(qiáng)機(jī)理示意圖

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