一種超薄玻璃彎曲強度測試方法
【專利摘要】本發明公開了一種超薄玻璃強度測試方法，包括：獲取物件的彈性模量；將物件與待測超薄玻璃固定在一起，形成組合物件試樣；通過已有的玻璃強度測試方法，測量組合物件試樣的玻璃斷裂時刻對應的力值，并代入給定的計算公式，得到超薄玻璃彎曲強度；所述物件為標準梁或塊體。本發明實驗方法簡單，試樣制備容易，測試數據精確，可操作性強。采用本發明的方法制備的試驗樣品，直接依據已有的玻璃強度測試方法及儀器即可完成強度測試。
【專利說明】一種超薄玻璃彎曲強度測試方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于玻璃力學性能測試【技術領域】，特別涉及一種超薄玻璃彎曲強度測試方法。
【背景技術】
[0002]近年來，薄玻璃和超薄玻璃越來越多地應用在電子、通訊以及建筑光伏等領域，弓丨起國內外玻璃行業的廣泛關注和高度興趣，并成為未來發展重大方向之一。超薄玻璃由于厚度非常薄，因此，在環境載荷如振動、沖擊、靜態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度才能保證其安全可靠性應用，強度性能測試是超薄玻璃性能檢測的關鍵參數之一。
[0003]目前，已有的玻璃強度測試方法包含三點彎曲法，四點彎曲法，雙環法、兩點法等。但是，這些方法提供的強度計算公式是基于小變形條件為前提的，即玻璃構件在外力作用下所發生的變形尺度比原有尺寸小的多(千分之幾或萬分之幾)，參見圖la，其中變形后玻璃撓曲線102與變形前玻璃基線101比較彎曲尺度微小，這對于較厚的玻璃(如厚度大于2mm)，計算公式足以滿足精度要求，但對于薄玻璃和超薄玻璃(厚度小于2mm)，按已有玻璃強度測試方法及標準，玻璃斷裂前試樣彎曲撓度遠大于玻璃厚度，屬于大變形，參見圖lb，其中變形后撓曲線102與變形前玻璃基線101比較彎曲尺度非常明顯，此時，按小變形理論給出的計算公式，結果會存在明顯偏差。另外，超薄玻璃彎曲時還存在非線性問題，靜力分析非常復雜，目前還沒有精確的理論解析解，因此，已有的玻璃強度測試方法不適合超薄玻璃強度測試。
【發明內容】
[0004]為了解決現有技術的問題，本發明實施例提供了一種可以精確評價超薄玻璃彎曲強度的測試方法。
[0005]為了實現上述目的，本發明采取的技術方案是:
[0006]一種超薄玻璃強度測試方法，包括:
[0007]獲取物件的彈性模量；
[0008]將物件與待測超薄玻璃固定在一起，形成組合物件試樣；
[0009]通過已有的玻璃強度測試方法，測量組合物件試樣的玻璃斷裂時刻對應的力值，并代入給定的計算公式，得到超薄玻璃彎曲強度；
[0010]所述物件為標準梁或塊體。
[0011]所述物件通過粘接劑與所述待測超薄玻璃粘接在一起，待所述粘接劑固化后，再通過已有的玻璃強度測試方法進行測試。
[0012]所述物件的長度和寬度與所述待測超薄玻璃的相同。
[0013]所述物件的強度大于待測超薄玻璃的強度值。
[0014]所述組合物件試樣的厚度為5-10mm。
[0015]所述待測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]所述物件的材質為不銹鋼或鋁合金。
[0018]進一步地，當采用三點彎曲試驗進行超薄玻璃彎曲強度測試時，計算公式如下:
[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]超薄玻璃彎曲強度計算公式:
—3 PZvr
[。。22] σ/ = 4φ: [(/;2 - V,.)-; + V； ] + Ei |(Λ — h2 Y + (h' +h2- V,); t
[0023]進一步地，確定超薄玻璃斷裂時刻的力值，操作步驟如下:
[0024]I)將組合物件試樣放置在三點彎曲夾具上，玻璃面朝下，開啟力學性能試驗機，按規定加載速率對組合物件試樣進行加載；
[0025]2)記錄加載過程中載荷-時間或載荷-位移曲線，隨著載荷不斷增大，超薄玻璃受拉應力不斷增大，當拉應力超過超薄玻璃強度時，此時玻璃破裂，并表現為加載曲線上載荷會有一個向下躍遷，躍遷那刻對應的載荷值P。即為玻璃斷裂時對應的載荷，獲得P。后，即可停止試驗。
[0026]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0027]本發明實驗方法簡單，試樣制備容易，測試數據精確，可操作性強。采用本發明的方法制備的試驗樣品，直接依據已有的玻璃強度測試方法及儀器即可完成強度測試。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0029]圖1a是現有技術提供的三點彎曲測試玻璃強度小變形示意圖；
[0030]圖1b是現有技術提供的三點彎曲測試玻璃強度大變形示意圖；
[0031]圖2是本發明實施例提供的由超薄玻璃與標準梁粘接組合在一起形成的異料組合梁不意圖；
[0032]圖3a是本發明實施例提供的超薄玻璃彈性模量大于標準梁時異料組合梁彎曲時橫截面應力分布示意圖；
[0033]圖3b是本發明實施例提供的超薄玻璃彈性模量小于標準梁時異料組合梁彎曲時橫截面應力分布示意圖；
[0034]圖4是本發明實施例提供的三點彎曲試驗異料組合梁載荷-時間曲線示意圖。
【具體實施方式】
[0035]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。
[0036]一種超薄玻璃強度測試方法，包括:
[0037]獲取物件的彈性模量；
[0038]將物件與待測超薄玻璃固定在一起，形成組合物件試樣；
[0039]通過已有的玻璃強度測試方法，測量組合物件試樣的玻璃斷裂時刻對應的力值，并代入給定的計算公式，得到超薄玻璃彎曲強度；
[0040]所述物件為標準梁或塊體。
[0041]物件的彈性模量需在試驗前進行測量且定為已知參數，本發明通過超薄玻璃與標準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，對組合梁或塊體進行強度測試時，組合梁或塊體變形微小，滿足小變形條件，并在玻璃的橫截面上形成拉伸應力，斷裂時刻的表面拉應力為斷裂強度。
[0042]優選地，物件通過粘接劑與所述待測超薄玻璃粘接在一起，待所述粘接劑固化后，再通過已有的玻璃強度測試方法進行測試。
[0043]粘接劑可涂覆在玻璃一面、也可涂覆在標準梁或塊體一面，粘接劑粘接強度要滿足試驗樣品被測后粘接界面不產生脫層或脫粘現象，可優先選用502瞬間強力膠；由超薄玻璃和標準梁粘接形成的異料組合梁彎曲變形時粘接界面無滑移，并仍滿足平面假設。
[0044]優選地，所述物件的長度和寬度與所述待測超薄玻璃的相同，從而保證組合物件試樣長、寬一致。
[0045]優選地，所述物件的強度大于待測超薄玻璃的強度值，從而保證試驗時在超薄玻璃斷裂前物件不發生斷裂。
[0046]優選地,所述組合物件試樣的厚度宜大于等于5mm,優選5-10mm,從而保證試驗時組合物件試樣為小撓度彎曲。
[0047]優選地，所述待測超薄玻璃的厚度小于等于2mm。
[0048]本發明的方法特別實用于厚度在2_以下的超薄玻璃強度測試，厚度大于2_以上的玻璃也適用于本方法。
[0049]優選地，為了滿足小撓度條件，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。優選比例1:4:20。應滿足已有測試標準對試樣要求。
[0050]優選地，所述物件的材質為不銹鋼或鋁合金。
[0051]本發明有的玻璃強度測試方法包含三點彎曲法，四點彎曲法，雙環法、兩點法等，現以三點彎曲強度測試方法為例進行實施方式描述，對于采用其他方法進行的強度測試，在樣品制備、操作步驟和計算公式雖與本發明存在差異，但凡是在本發明技術原理和方案的基礎上進行的等同變換和改進，均不應排除在本發明的保護范圍之外。
[0052]圖2為本發明提供的針對三點彎曲法，由超薄玻璃與標準梁粘接組合在一起形成的組合梁示意圖。如圖2所示，為了增大三點彎曲試樣整體剛度，用強力粘接劑203將超薄玻璃201和已知彈性模量的標準梁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，進行三點彎曲試驗時，可滿足小變形條件。假設超薄玻璃與標準梁之間沒有界面滑移(要求粘接界面具有足夠的剪切強度)，粘接劑厚度忽略不計。試驗時，組合梁的超薄玻璃201 —面朝下，在標準梁202—面加載后超薄玻璃受拉應力作用，并且可以算出沿厚度方向的應力分布，將對應于超薄玻璃開裂的表面最大應力作為超薄玻璃強度。
[0053]所述的組合梁在彎曲應力作用下橫截面應力分布圖如圖3a和圖3b所示，其中圖3a為標準梁彈性模量大于玻璃彈性模量示意圖，圖3b為標準梁彈性模量小于玻璃彈性模量對應的應力分布示意圖，圖中，301對應的區域為拉應力區，302對應的區域為壓應力區，303為異料組合梁彎曲時的中性軸，顯然，超薄玻璃整個橫斷面均受拉應力作用。
[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應的載荷，試驗步驟如下:
[0058]I)將組合梁放置在三點彎曲夾具上，玻璃面朝下，開啟力學性能試驗機，按規定加載速率對組合梁進行加載；
[0059]2)記錄加載過程中載荷-時間或載荷-位移曲線，隨著載荷不斷增大，超薄玻璃受拉應力不斷增大，當拉應力超過超薄玻璃強度時，此時玻璃破裂，并表現為加載曲線上載荷會有一個向下躍遷，如圖4所示，躍遷那刻對應的載荷值P。即為玻璃斷裂時對應的載荷，獲得P。后，即可停止試驗。
[0060]所述的超薄玻璃彎曲強度σ f計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為標準梁彈性模量，E2為超薄玻璃5半K候;量，K為標準梁厚度，h2為超薄玻璃厚度，I為三點彎曲法試驗夾具的下跨距離。
[0063]采用本發明的方法對超薄玻璃進行了彎曲強度測試，選擇了一塊長、寬、高分別為120mm、20mm、4.5mm的不銹鋼梁作為本試驗的標準梁，不銹鋼彈性模量為200GPa，被測超薄玻璃切成長寬尺寸與標準梁相同，厚度為0.5mm的梁，四周進行了精細磨邊，超薄玻璃彈性模量為70GPa。將超薄玻璃與不銹鋼梁四周對齊后用502瞬間強力膠粘接在一起，形成異料組合梁待測。按式(I)計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《精細陶瓷彎曲強度試驗方法》標準對復合梁進行三點彎曲試驗，獲得玻璃斷裂時刻對應的載荷為590N，代入式(2)計算得到超薄玻璃彎曲強度為79.08MPa，測試結果與玻璃實際強度保持一致。
[0064]采用本發明的方法制備的試驗樣品，直接依據已有的玻璃強度測試方法及儀器即可完成強度測試，解決了目前超薄玻璃強度測試存在彎曲大變形問題及試驗結果不準確的問題，具有較好的實用價值。
[0065]以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種超薄玻璃強度測試方法，其特征在于，包括: 獲取物件的彈性模量； 將物件與待測超薄玻璃固定在一起，形成組合物件試樣； 通過已有的玻璃強度測試方法，測量組合物件試樣的玻璃斷裂時刻對應的力值，并代入給定的計算公式，得到超薄玻璃彎曲強度； 所述物件為標準梁或塊體。
2.根據權利要求1所述的超薄玻璃強度測試方法，其特征在于，所述物件通過粘接劑與所述待測超薄玻璃粘接在一起，待所述粘接劑固化后，再通過已有的玻璃強度測試方法進行測試。
3.根據權利要求1所述的超薄玻璃強度測試方法，其特征在于，所述物件的長度和寬度與所述待測超薄玻璃的相同。
4.根據權利要求1所述的超薄玻璃強度測試方法，其特征在于，所述物件的強度大于待測超薄玻璃的強度值。
5.根據權利要求1所述的超薄玻璃強度測試方法，其特征在于，所述組合物件試樣的厚度為5-10mm。
6.根據權利要求1所述的超薄玻璃強度測試方法，其特征在于，所述待測超薄玻璃的厚度小于等于2mm。
7.根據權利要求1所述的超薄玻璃強度測試方法，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.根據權利要求1所述的超薄玻璃強度測試方法，其特征在于，所述物件的材質為不銹鋼或招合金。
9.根據權利要求1所述的超薄玻璃強度測試方法，其特征在于，當采用三點彎曲試驗進行超薄玻璃彎曲強度測試時，計算公式如下: 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 超薄玻璃彎曲強度計算公式: _ _ 3 P Iyr_
4b{E2\(h2 -yc)3 + jL3]+￡,[(>.,.-h2f +(Jtl +h2 - Jc)3]}
10.根據權利要求1-9任一項所述的超薄玻璃強度測試方法，其特征在于，確定超薄玻璃斷裂時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彎曲夾具上，玻璃面朝下，開啟力學性能試驗機，按規定加載速率對組合物件試樣進行加載； 2)記錄加載過程中載荷-時間或載荷-位移曲線，隨著載荷不斷增大，超薄玻璃受拉應力不斷增大，當拉應力超過超薄玻璃強度時，此時玻璃破裂，并表現為加載曲線上載荷會有一個向下躍遷，躍遷那刻對應的載荷值P。即為玻璃斷裂時對應的載荷，獲得P。后，即可停止試驗。
【文檔編號】G01N3/20GK104316415SQ201410589314
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月28日 優先權日:2014年10月28日
【發明者】劉小根, 包亦望, 萬德田, 邱巖 申請人:中國建材檢驗認證集團股份有限公司