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1、第12卷第4期扬州大学学报(自然科学版)Vol.12No.42009年11月JournalofYangzhouUniversity(NaturalScienceEdition)Nov.2009基于ANSYS的真空平板玻璃静态有限元分析3王明友,张瑞宏,王海耀,季伟,薛学彪(扬州大学机械工程学院,江苏扬州225009)摘要:把真空平板玻璃视为一连续单层薄板模型,运用弹性力学和板壳理论分析计算其在静态载荷下的挠度和应力,并找出最大挠度和最大应力所在点的位置.运用ANSYS分析软件建立真空平板玻璃的简化模型,分析验证了理论计算结果的正确性,为真空平板玻璃
2、的强度校核提供了依据.关键词:真空平板玻璃;挠度;应力;有限元分析中图分类号:TQ171.72.7;TU311.2文献标识码:A文章编号:1007-824X(2009)04-0070-04[122]真空平板玻璃作为优良的透光保温材料已应用在节能建筑的门窗上.真空平板玻璃在实际使用中会受到各种载荷的作用,这些都会对真空平板玻璃的结构及其使用特性产生影响.因此,将载荷定量化,从理论上分析真空平板玻璃静态载荷下的响应特性,对真空平板玻璃的应用及其结构设计改进具有重要意义.目前,国内外有关真空平板玻璃力学方面的研究仅限于真空平板玻璃在大气压作[326][7
3、28]用下的支撑应力及真空平板玻璃两玻璃面板受热不均后的温差应力分析,而对真空平板玻璃整体在外载荷下的力学研究尚未见报道.为此,在本文中,笔者以试验室制样的真空平板玻璃为基础建立一连续模型,分析真空平板玻璃在静态载荷作用下的力学性能,并对模型进行有限元验证.1理论分析111真空平板玻璃等效玻璃板试验采用的真空平板玻璃为两块尺寸为800mm×800mm[9]的普通钠钙玻璃,单块玻璃厚度为4mm,两块玻璃中间真空夹层厚度为012mm,故成型后整体厚度为812mm.可以将812mm厚的真空平板玻璃折算成一定当量厚度h的普通矩形玻璃板,如图1.假定组成真空
4、平板玻璃的两块厚度分别为h1,h2的普通玻璃,其各自承受的均布荷载为p1,p2,而玻璃面板的挠度与荷图1普通矩形玻璃板示意图载成正比,与刚度(或厚度的立方)成反比.作为组成真空平板Fig.1Ordinaryrectangularglassplate玻璃的两块普通玻璃,根据挠度相等的假定,其总载荷为p0=333333333p1+p2=p1(h1+h2)/h2=p2(h1+h2)/h1,则真空平板玻璃的当量厚度为h=h1+h2=5104mm,这样便得到本研究试样真空平板玻璃的当量参数,见表1.112真空平板玻璃静态载荷下的变形与应力分析1)承受均布载荷
5、的固支(夹支)真空平板玻璃.图2所示为夹支真空平板玻璃,其作用均布载荷为p0,最大挠度出现在板的中心,43wmax=αp0b/(Eh);(1)收稿日期:2009-04-22基金项目:国家自然科学基金资助项目(50772095)3联系人,E2mail:wangmingyou20536@163.com第4期王明友等:基于ANSYS的真空平板玻璃静态有限元分析71当a>b时,整块真空平板玻璃最大应力表1试样真空平板玻璃的参数出现在长边a的中心,即Tab.1Parametersofthesamplevacuumglazinga/mmb/mmh/mmE/GP
6、aμρ/(kg·m-3)22σmax=-β1p0b/h;(2)8006005045501252500在真空平板玻璃的中心,最大应力为22σ′max=σy=β2p0b/h,(3)[10]17式中α,β1,β2等参数见表2.表2真空平板玻璃受均布荷载时的系数Tab.2Loadfactorsofvacuumglazingendureduniformloada/b110112114116118210∞β1013078013834014356014680014872014974015000β2011386011794012094012286012406012
7、472012500α010138010188010226010251010267010277010284图2真空平板玻璃承受均布载荷对于本试样真空平板玻璃,a/b=4/3,用插值法可计算出Fig.2Vacuumglazingendureuniform载荷系数α=010213,β1=014182,β2=011994.代入相关数据后得真空平板玻璃的挠度、应力值分别为43-7wmax=αp0b/(Eh)=319211×10p0,(4)223σmax=-β1p0b/h=-519269×10p0,(5)223σ′max=β2p0b/h=218260×10p0
8、.(6)2)承受局部集中载荷的固支(夹支)真空平板玻璃.图3为集中载荷p分布在真空平板玻璃半径为r为20mm的小同心圆上.
