冻融循环-紫外辐照复合作用下钢化玻璃受风沙侵蚀损伤机理研究

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1、分类号:学校代码:10128UDC:学号:20151800168硕士学位论文（学生类别：全日制专业型硕士研究生学科名称：建筑与土木工程论文题目：冻融循环-紫外辐照复合作用下钢化玻璃受风沙侵蚀损伤机理研究英文题目：ExperimentalStudyonthedamagemechanismoftemperedglassbysanderosionunderthecombinedeffectoffreeze-thawcycleandultravioletradiation学生姓名：赵呈光导师姓名：郝贠洪教授校外导师：穆利和高级工程师二

2、○一八年六月内蒙古工业大学硕士学位论文摘要我国西北部地区平均海拔在1km以上，不仅全年温差大、无霜期短，还有沙浪滚滚的荒漠。造就了该地区严寒气候、高原强紫外光辐射和风沙环境对钢化玻璃的长期复合侵蚀作用，对材料的耐久性、安全性和可靠性影响特别大，导致其使用寿命及正常服役水平下降。由于钢化玻璃具有良好的机械性能、高透光率、热稳定性好和安全性高等优点，被广泛应用于建筑门窗和幕墙、高铁和汽车的挡风玻璃等。内蒙古中西部区域特殊的复杂自然环境特征在我国西北地区具有很强的代表性，全区境内的铁路里程居全国第一，高速公路里程居西北地区前列，以及

3、荒漠和沙漠周沿地带分布着不计其数的建筑。途经该地区的列车、汽车的前挡风玻璃和该地区的建筑玻璃等无一不是时时刻刻经受着严寒气候环境、强紫外光辐射和风沙环境三大因素的长期复合侵蚀作用。本课题受国家自然科学基金《区域特殊环境下高铁前风挡玻璃受侵蚀力学行为与损伤机理研究》（项目批准号：11662012）资助。通过高低温交变试验箱模拟严寒酷暑条件下的冻融循环；利用紫外老化试验箱模拟高原紫外光辐射；运用模拟风沙环境侵蚀实验系统进行风沙冲蚀试验。可以有效地模拟钢化玻璃受内蒙古西部严寒气候环境、高原强紫外光辐射和风沙环境三大因素的侵蚀作用。本

4、课题具体研究内容如下：1.研究分析了内蒙古区域特殊自然环境特征，统计了该地区近30年的气象参数：气温、湿度、降水量，年日照时数及紫外辐照量，沙尘暴爆发成因、频次、时空分布等。来确定该课题试验的参数和变量。2.依据内蒙古中西部地区历年气温、湿度和紫外辐照强度特征，研究分析了钢化玻璃在冻融循环-紫外辐照复合侵蚀的加速试验研究，随着冻融次数和紫外辐照时间的增加，钢化玻璃透光率下降愈明显。3.为真实有效地研究自然条件对钢化玻璃的侵蚀作用，进行了钢化玻璃试件在自然条件下暴露老化一年试验研究，其表面损伤较为严重，试件的光学性能劣化程度比冻

5、融-紫外辐照条件下更为严重。4.根据内蒙古中西部风沙环境现象特征，设计了钢化玻璃试件在冻融循环-紫外辐照复合侵蚀后进行气固两相流冲蚀磨损试验，研究分析钢化玻璃在不同冲蚀力学参数（冲蚀速度、冲蚀角度、沙流量和冲蚀时间）作用下的冲蚀磨损规律。具体为：（1）试件的冲蚀率随着冲蚀速度的增加而增大，在14~22m/s冲蚀速度之间，冲蚀率增长较为缓慢，透光率降低程度随着速度增加逐渐严重。（2）随着冲蚀角度的增加试件的冲蚀率逐渐增大，在90°达到最大，在15～45°其透光率急速下降。（3）随着沙尘浓度的增加，试件的冲蚀率呈现出递减趋势，而对

6、钢化玻璃的光学性能影响较小。（4）冻融循环-紫外辐照复合侵蚀后的钢化玻璃试件比普通钢化玻璃试件的损伤较为严重。I内蒙古工业大学硕士学位论文5.结合田口正交方法判别各冲蚀因素的贡献率，其中风沙冲蚀速度和风沙冲蚀角度占比高达95%，其对钢化玻璃的冲蚀磨损影响占据绝对重要的地位。6.采用钢化玻璃的冲蚀率、透光率和失重量作为其受区域环境多因素侵蚀损伤的评价指标，并采用扫描电子显微镜（SEM）和激光共聚焦显微镜（LSCM）从微观的角度分析其损伤机理。钢化玻璃的损伤破坏机理主要由裂纹交叉扩展叠加破坏试件的组织结构，表现出典型的脆性材料损伤

7、规律。关键词:钢化玻璃；冻融循环-紫外辐照；风沙冲蚀；透光率；田口正交；损伤机理II内蒙古工业大学硕士学位论文AbstractInnorthwestChina,theaverageelevationisover1km.Theannualtemperaturedifferenceislargeandthefrost-freeperiodisshort,desertsarewidelydistributed.Thefactorsaboveleadtotheextremecoldclimate,highultravioletradi

8、ationandwind-sandenvironmentintheareathelong-termcompounderosionoftemperedglassbytheseenvironmentalfactorshaveaparticularlyhugeimpactonthe