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玻璃突发不正常破裂分析

[ 时间:2023-03-15 阅读:540次 ]

玻璃是一种典型的脆性材料,夹杂物周围萌生裂纹是引发玻璃突发破裂的一个重要因素。夹杂物周围萌生的疲劳裂纹通常有三种形式:夹杂开裂、夹杂与玻璃基体材料的脱裂以及基体材料中滑移线上的开裂。夹杂物造成不同形式的疲劳裂纹萌生,主要原因是夹杂物与基体在弹塑性和热塑性上存在差异。对于热膨胀系数大于基体的夹杂物,在热处理后它比周围材料缩收的快,使夹杂物与基体交界处产生拉应力,削弱了夹杂物与基体的结合强度,易导致夹杂物与基体脱开,造成应力集中而萌生裂纹。萌生的裂纹受夹杂物的形状、取向等因素随机影响。夹杂物的热膨胀系数小于基体时,在冷却过程中,它比周围基体缩收的慢,造成夹杂物受压应力作用,而使夹杂物与基体的交界面能够传递应力,此时夹杂物自身的弹塑性将影响疲劳裂纹的萌生形式。


玻璃夹杂物裂纹萌生主要有以下两个方面:(1)夹杂物的弹性模量大于周围的基体,在加载过程中,夹杂物将承受较大的荷载,而易发生自身断裂萌生疲劳裂纹。此时,根据前面分析,由于应力集中区在夹杂物的两极点上,因裂纹的扩展受到局部应力的影响,最大应力靠近夹杂物的极点,疲劳裂纹易在这一位置萌生。(2)夹杂物的模量小于基体,在加载过程中,它将承受较小的荷载而使其周围基体的应力升高,易引发滑移带的产生而使基体开裂萌生疲劳裂纹。此时,若外载是拉应力,夹杂物极点附近所有的主应力均为拉应力,最大主应力大于远场应力,由于夹杂形物状一般不对称,因而裂纹的萌生和扩展也不对称,侧重在夹杂物两极点附近应力大的一边。


导致玻璃突发破裂的另一个关键因素就是夹杂物附近的热残余应力,特别是存在于钢化玻璃拉应力区的夹杂物。由于夹杂颗粒周围的残余切向拉应力与钢化玻璃的拉应力叠加,使得颗粒周围垂直于玻璃面的平面拉应力达到最大,当这种局部拉应力达到一定程度就可导致玻璃破裂。显然,夹杂物周围最大拉应力区是玻璃的破裂源。另外,当最大拉应力接近玻璃的断裂强度便形成一种危险的不稳定系统,一旦有温度变化或者外部受力,局部应力峰值就可能超过强度值而发生破坏。玻璃中的局部残余应力主要是由于玻璃和夹杂颗粒的膨胀系数之差所引起。根据弹性理论,这种挤压应力主要由温差和两种材料膨胀系数之差及弹性系数所决定。在颗粒周边的玻璃中应力状态是球对称分布,并且随距离而快速衰减,径向和切向应力的绝对值相差一倍,即最大径向应力的绝对值是同一点切向应力的两倍。


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