CC BY
96
Анализ формирования остаточных напряжений в стекле типа триплекс при его изготовлении Логинов Н.Ю.1, Кучеров А.О.2
1Логинов Николай Юрьевич /Loginov Nikolaj Jurjevich - кандидат технических наук, доцент;
2Кучеров Андрей Олегович /Kucherov Andrej Olegovich - старший преподаватель, кафедра оборудования и технологии машиностроительного
производства,
Институт машиностроения, Тольяттинский государственный университет, г. Тольятти
Аннотация: в данной статье рассматриваются причины возникновения остаточных напряжений в стекле типа триплекс, приводящие к его саморазрушению при эксплуатации.
Abstract: this article discusses the causes of residual stresses in glass-type triplex, leading to its destruction during operation.
Ключевые слова: триплекс, остаточные напряжения, саморазрушение. Keywords: triplex, residual stress, self-destruction.
Основные технические требования для безопасного стекла типа триплекс изложены в ГОСТ 5727-88 ОКП 59 2300. По данному документу отклонение гнутых изделий от заданной формы должны быть указаны в технических условиях или чертежах на конкретные изделия и обычно колеблются в пределах ± 1-2 мм.
В данных документах нет технических требований на геометрические размеры отдельных листов, еще не склеенных между собой.
Ввиду специфичности технологического процесса изготовления пакета триплекс, можно предположить о том, что каждое стекло в отдельности имеет свою степень отклонения геометрии.
При входном контроле на ОАО «АвтоВАЗ» выявлена основная зона концентрации остаточных напряжений. Это зона вдоль края стекла. Данные получены опытным путем с помощью оптических приборов. Ширина кромки равна 50 мм.
При изучении процесса моллирования (гнутья стекла под воздействием температуры и собственного веса) было выяснено, что пара стекол, еще не объединенных в пакет, проходят контроль щупом. Геометрию каждого стекла после моллирования проверяют на специальных мастер-моделях на степень неприлегания.
На основе анализа литературы и требований, предъявляемых к безопасному стеклу (ГОСТ Р 51136-98, ГОСТ 5727-88), можно сделать вывод, что в настоящее время нет методики контроля геометрии стекла типа триплекс и нет специальных требований на каждый лист стекла в отдельности, до соединения их в пакет. Ввиду специфичности технологического процесса изготовления пакета триплекс, можно предположить о том, что каждое стекло в отдельности имеет свою степень отклонения геометрии. В требованиях к чертежу указано, что отклонение от поверхности шаблона не должно превышать + 2 мм. Также есть предельно допустимое отклонение поперечной кривизны: + 4 мм.
С помощью компьютерного моделирования поставлена и решена нелинейная задача, имитирующая процесс соединения двух листов в один пакет. Она заключается в выявлении возникновения избыточных внутренних напряжений, которые впоследствии можно назвать остаточными. При этом один из листов намеренно имеет отклонение по кривизне ± 0,5 мм.
Допустимое значение остаточных напряжений в кромках ветрового стекла по ТУ45 42.1.46.00232934-99 должно быть не более 10 МПа и располагаться в зоне кромки шириной 20-50 мм. Переход от зоны напряжений сжатия к нейтральной зоне должен быть постепенным, а поверхность изделия вне указанных зон должна быть свободной от напряжений. Учитывая физико-механические свойства стекла, можем получить значение напряжений, которые приведут к разрушению.
es = Ст + о,
где ст - остаточные напряжения, с - механическое напряжение.
Ссж. = 900 МПа, Сраст. = 98 МПа.
При компьютерном моделировании соединение происходит до момента контакта стекол. В расчетный случай входит условие контакта, давление, закрепление. После деформирования стекла при склейке, стекло повторно нагружается внутренним усилием, возникшим при деформации стекла. Таким образом, можем получить величину остаточных напряжений после склейки двух стекол для операции подпрессовки (значение давления подпрессовки стекол 1,25 МПа).
При соединении определяющим показателем по напряженному состоянию стекла является предел прочности при растяжении, т.к. основными здесь будут растягивающие усилия. При отклонении геометрии стекол по стреле прогиба - 0,5 мм, в стекле после подпрессовки возникли остаточные напряжения растяжения величиной с = 58,2 МПа на кромке стекла на расстоянии 35-50 мм.
По величине остаточных напряжений видно, что эти значения приближаются к пределу прочности при растяжении. Это означает, что при увеличении нагрузки при соединении двух стекол возможно разрушение или в пакете появятся внутренние напряжения, превышающие предельно допустимые значения. В конечном итоге при установке на кузов или при эксплуатации такого пакета даже при небольших механических нагрузках возможно саморазрушение.
С помощью компьютерного моделирования можно проследить весь процесс подпрессовки. Рассмотрим второй расчетный случай, при котором отклонение геометрии стекол по стреле прогиба + 0.5 мм. В расчетном случае одно из стекол жестко закреплено, на другое действует давление величиной 1.25 МПа. В расчетный случай входит условие, что при полном контакте стекол вычисления заканчиваются.
Тогда при соединении стекол определяющим показателем по напряженному состоянию будет предел прочности при сжатии, т.к. основными здесь будут сжимающие усилия. В стекле, имеющем отклонение по геометрии, появилось внутреннее напряжение, величиной с = 9,08 МПа на кромке стекла на расстоянии 35-50 мм и в зоне контакта.
Величина появившихся напряжений далека от предельного значения предела прочности при сжатии и укладывается в норму по величине остаточных напряжений при сжатии - 10 МПа. В данном расчетном случае величина напряжений не является критической. Таким образом, заложенное отклонение поперечной кривизны + 0.5 мм одного из стекол (здесь рассматривалось верхнее в пакете) является допустимым при изготовлении стекла типа триплекс.
Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что основной причиной избыточных остаточных напряжений и последующего саморазрушения стекла, является отклонение геометрии стекол, входящих в пакет триплекс.
Литература
1. Гуляев В.А.Повышение качества контроля стекол на основе автоматизированной системы для оценки остаточных напряжений: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Тольятти, 2001. 208 с.
2. Жилин А.А., Солдатов А.А., Гуляев В.А. Динамическое нагружение как метод оценки допустимых внутренних напряжений термообработанных оптически активных элементов // Известия Волгоградского государственного технического университета. Волгоград: 2004. № 1.С. 35-36.
3. Солдатов А.А., Гуляев В.А., Жилин А.А., Белоус Д.В. Разработка автоматизированной системы бесконтактного контроля геометрических параметров кузова автомобиля // Известия Волгоградского государственного технического университета. Волгоград: 2004. № 1. С. 46-48.
4. Мурзаева И.В., Дружинин В.Ю., Клочкова Т.Н., Павлихин С.Е., Гуляев В.А. Исследование прочности клеевого соединения автомобильных стекол // Сборка в машиностроении, приборостроении. М.: 2008. № 2. С. 21-24.
5. Мурзаева И.В., Гуляев В.А. - Уточняющий расчет физико-механических свойств клея для стекла методом конечных элементов (МКЭ) // Сборка в машиностроении, приборостроении. М: 2008. № 3. С. 31-33.
6. Гуляев В.А. Экспертная оценка технического состояния элементов автомобильного кузова на основе компьютерного моделирования // Сборник научных трудов Sworld. Одесса: 2012. т. 7. № 3. С. 75-79.
7. Гуляев В.А. - Аналитическое исследование остаточных напряжений оболочечных элементов автомобильного кузова // Сборник научных трудов Sworld. Одесса: 2012. т. 7. № 3. С. 87-91.
8. Гуляев В.А., Гуляев А.В.Моделирование монтажа стекла с учетом процесса формирования клеевого шва // Сборник научных трудов Sworld. Одесса: 2012. т. 5. № 4. С. 79-84.
