玻璃退火的应力分析_张景超

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1、第36卷第3期燕山大学学报Vol.36No.32012年5月JournalofYanshanUniversityMay2012文章编号：1007-791X(2012)03-0235-06玻璃退火的应力分析张景超*，李贺光，闫玺（燕山大学理学院，河北秦皇岛066004）摘要：基于ANSYS有限元模拟软件建立了玻璃线性冷却的退火模型，通过该模型对玻璃退火过程进行了数值模拟，得到了玻璃温度随时间的变化曲线。在退火过程中的不同时刻，对玻璃模型表面和中间层的应力值、温度值进行采样，得到了应力随时间的变化曲线，分析了温度梯度和应力松弛对玻璃应力的影响。通过设置不同的B区平均热力密度，改

2、变退火速度，得到了玻璃永久应力随B区退火速度的变化规律。关键词：玻璃退火；数值模拟；应力分析中图分类号：O344文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.1007-791X.2012.03.010软件对退火窑进行了模拟计算，计算了玻璃的永久0引言[8]应力，但没有给出玻璃应力在退火过程中具体变目前，玻璃的生产方法主要是浮法，浮法玻璃化规律。随着计算机的发展和计算技术的不断提制品广泛应用于建筑、交通以及各个经济部门。随高，数值模拟技术成为了一种方便、实用的研究方[9-11]着电子、化工、轻工、机械等行业的迅速发展和市法，本文在以上基础上，基于ANSYS有限元场竞争的

3、日趋激烈，对玻璃的质量要求越来越高，软件建立了浮法玻璃的退火模型，得到了玻璃应力同时工业能源的资源也日趋紧张，因此缩短开发周和表面层与中间层温度随退火时间的变化规律，并期，优化工艺过程，提高产品质量，降低生产成对它们的变化情况进行了理论分析。得到了B区本，已经成为生产的急切要求。玻璃热应力的消除退火完成时玻璃的表面层和中间层应力、温差在不控制直接影响了玻璃的质量，所以对玻璃退火应力同退火速度下的量值，给出了它们随退火速度的变的分析变得非常的重要。化规律。孙承绪等建立了浮法玻璃退火过程中玻璃带1基本理论内温度场的数值计算与制图方法，给出了玻璃带厚度方向温度场的分布随时间的变化

4、关系，用RD2-3张朝晖编写的《热分析教程与实例解析》书中型改进应力松弛试验机检测了6mm厚玻璃在介绍了ANSYS有限元模拟软件对热应力的模拟计[1]算，分析了由于互相接触的不同结构体或同一结构570~480℃区间的应力情况。邵宏根通过有限元方法分析了不同厚度玻璃在相同热流密度条件下体的不同部分之间的热膨胀系数不匹配，在加热或的降温情况和上下表面热流密度差对玻璃温度场冷却时彼此的膨胀或收缩程度不一致，而导致热应[12][2]力产生的情况。此处的热应力区别于玻璃退火的影响。林亢对玻璃退火上下限温度进行了论述，阐述了热应力的产生和变化机制，定性的分析过程的热应力，玻璃退火过程中

5、热应力是指由于玻了冷制品重热后再退火和热制品连续退火过程中璃内出现温度差，即温度梯度而产生的温差应力。玻璃温度和应力的变化情况，对热应力、结构应力由膨胀系数差和温差存在而产生的应力称为结构[3-6]应力。因此ANSYS软件的热应力是指玻璃退火过和永久应力进行了计算。韩文梅等基于ANSYS软件模拟分析了航空层合玻璃的热应力最大值和程中的温差应力与结构应力的叠加称为玻璃的应[7]力。最小值随温度的变化规律。冯跃冲基于ANSYS收稿日期：2011-08-18基金项目：国家自然科学基金资助项目（60977061）作者简介：*张景超（1960-），男，辽宁凤城人，教授，博士生导师，主

6、要研究方向为光电检测及传感技术，Email：ysu-zjc@163.com。236燕山大学学报2012玻璃经加热升温至退火上限温度以上又经过置玻璃的退火条件和玻璃的材料属性。一段时间的保温，在玻璃内会形成既无应力又无温表1退火各区情况[13]度梯度的状态。开始冷却后，由于温度梯度存Tab.1Situationsofglassannealingareas在而产生了热应力，该热应力在退火温度范围内不退火速度/(℃/min)退火时间/s平均热流密度/(W/m2)会完全松弛，在冷却至退火温度下限时玻璃中会有A20.411472650一些残留的应力1。玻璃温度接近室温时，由于此B15

7、.972632050C38.221574950时玻璃内的温度梯度会随玻璃的继续冷却而降低，在形成温度梯度与退火下限温度时的温度梯度相表2玻璃材料性能同后再继续冷却，会在玻璃内产生反向温差应力Tab.2Propertiesoftheglass2。1与2的叠加成为玻璃内的永久应力。玻璃内温度热导系数线性膨胀系数杨氏模量泊松比比热密度123的热应力可以表示为[6]℃w/(m℃)℃GPaJ/kg/m)kg/m3801.038.75×10675.40.23100524754802.099.10×10673.40.231046