CC BY
38
Шадский Евгений Евгеньевич, магистрант кафедры строительного материаловедения, изделий и конструкций, тел.: (4722) 309977, е-mail: [email protected], Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46.
Никифорова Наталия Андреевна, студент кафедры строительного материаловедения, изделий и конструкций, тел.: (4722) 309977, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46.
Information about the authors
Alfimova N.I., Candidate of technical sciences., Associate Professor of building materials, products and designs, tel.: (4722) 309977, e-mail: [email protected], Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov, 46 Kostyukova St., Belgorod, 308012, Russia.
Shadsky E.E., graduate student of the department of building materials, products and designs, tel.: (4722) 309977, e-mail: [email protected], Belgorod Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov, 46 Kostyukova St., Belgorod, 308012, Russia.
Nikiforova N.A., student of the department of building materials, products and designs, tel.: (4722) 309977, Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov, 46 Kostyukova St., Belgorod, 308012, Russia.
УДК 539.213
DOI: 10.21285/2227-2917-2016-2-128-135
ИСПЫТАНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОДВЕСОВ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СТЕКЛА
© В.В. Дайнеко, А.В. Рудых
Рассматриваются способы крепления изделий из стекла, выполненных в технологии фьюзинга - спекания стекла. Способ крепления, выбранный для образцов, соответствует утилитарному назначению готового декоративного изделия. Лабораторные эксперименты на опытных образцах проводились на универсальной электромеханической испытательной машине фирмы Instron. Анализируются результаты экспериментов по определению надежности крепления петлеобразных металлических подвесов художественных изделий из стекла, необходимых для их декоративного размещения в интерьере. Даются рекомендации по технологии изготовления изделий из стекла с металлическими подвесами.
Ключевые слова: петлеобразный металлический подвес, изделие из стекла, фью-зинг, надежность крепления, образец, художественные изделия, испытание.
EXAMINATION OF METAL LIFTING BARS OF GLASS ITEMS © V.V. Daineko, A.V. Rudykh
We consider the ways to attach glass items, made with the fusing technology - glass baking. The way of attachment, chosen for the items, corresponds to the practical prescription of a ready decorative unit. Laboratory experiments on the experimented units were held on the universal electromechanic examination machine Instron. We analyse the results of the experiments to define the reliability of attachment of loop metal lifting bars of art glass units, necessary for
their decorative arrangement in the interior. We give recommendations about the manufacturing technology of glass objects with metal lifting bars.
Keywords: loop metal bar, glass item, fusing, reliability of attachment, sample, art units, examination
Декоративные изделия из стекла, выполненные в технологии фьюзинга, размещаются в интерьере с использованием различных видов установок и крепления. Одним из видов крепления является петлеобразный металлический подвес, обычно выполняемый из металлической проволоки в одну или несколько нитей. Подвес позволяет закреплять изделие непосредственно на стене или вертикальной части предметного наполнения интерьера, а также подвешивать к потолку или к горизонтальной части предметного наполнения. Вид и материал крепления должны согласовываться с общей художественной стороной изделия и соответствовать своему утилитарному назначению [2, с. 30; 4, с. 34].
На рис. 1 дан пример декоративного изделия из стекла, выполненного в технологии фьюзинга, с петлеобразными металлическими подвесами.
О
Рис. 1. Изделие из стекла в технологии фьюзинга для оформления интерьера:
рыба из стекла с тремя подвесами
Надежность крепления в виде металлического подвеса стеклянного изделия определяется прочностью самого подвеса и узла соединения металла со стеклом [5, 6, 7]. Достаточную прочность подвеса можно обеспечить, заложив необходимую площадь в его поперечное сечение с учетом веса изделия и прочностных свойств материала подвеса. Прочность узла соединения металла со стеклом, вероятно, зависит от ряда различных факторов и требует проведения специальных экспериментов [1, с. 20; 3, с. 120].
В исследовании рассматриваются результаты экспериментов на наборе образцов креплений, которые получены при помощи универсальной электромеханической испытательной машины.
Общая схема образцов для проведения испытаний приведена на рис. 2.
Изготовление образцов проводилось с использованием печи для фьюзинга и мол-лирования KFM-800E с термоконтроллером TCS-300E, управляющим технологическим процессом.
а
б
Рис. 2. Схемы образцов из стекла для проведения испытаний:
а - стандартный образец с подвесом (проволока D-1 мм); б - стандартный образец с
подвесом (4 нити проволоки D-0,44 мм)
Конструкция печи с размерами рабочей зоны 800 х 600 х 230 мм, потребляемой мощностью 5 кВт, максимальной температурой в рабочей камере 950°С допускает обработку стекла толщиной до 10 мм [1, 3, 4].
На рис. 3 приведен общий вид стеклянных образцов для испытаний.
В них были использованы: основа толщиной 4,18 мм, накладка толщиной 3,78 мм, между стеклами медная проволока диаметром 1 мм. Показатель расширения - 96. Изготовление образцов выполнялось при температуре 780 °С и выдержке 30 минут.
Рис. 3. Общий вид образцов для проведения испытаний
Эксперименты на образцах были проведены в НИЛ «Испытания строительных материалов и конструкций» ИРНИТУ на универсальной электромеханической испытательной машине фирмы Instron (модель № 5982 мощностью 100 кН) (рис. 4), оснащенной программным обеспечением Instron Bluehill 3.
Вид проводимого испытания: статическое нагружение образца вдоль нитей до момента разрушения соединения. В процессе эксперимента машиной измеряется нагрузка и перемещение подвесов при растяжении.
Рис. 4. Общий вид универсальной электромеханической испытательной машины INSTRON 5989 (600 кН) (а) и вид образца в захватах (б)
Образцы разделялись на шесть пар с длинами подвесов вне стекла и в стекле соответственно: 50 мм и 20 мм, 50 мм и 40 мм, 50 мм и по длине образца, 78 мм и по длине образца, 92,5 мм и 30 мм, 95 мм и 20 мм. Металлический подвес изготовлялся из одинарной нити медной проволоки диаметром 1 мм, а в образцах с длиной подвеса вне стекла 78 мм и 92,5 мм из скрученных спиралью четырех нитей медной проволоки диаметром 0,44 мм.
На рис. 5 представлены экранные формы результатов испытаний шести пар образцов с различными длинами и нитями подвесов.
На рис. 5, а показаны результаты для пары образцов с длинами подвесов вне стекла и в стекле 95 мм и 20 мм. Видно, что для первого образца максимальной нагрузкой, связанной с переходом от упругой деформации к пластической, является 295 Н с растяжением проволоки на 15 мм. Для второго аналогичного образца максимальная нагрузка составила 278 Н с растяжением на 8,6 мм (экранная форма с другим масштабом).
На рис. 5, б представлены результаты для двух образцов с длинами подвесов вне стекла и в стекле 50 мм и 20 мм. Видно, что для первого образца максимальная нагрузка составила 166 Н с растяжением проволоки на 7,5 мм, после которого произошел разрыв у основания вследствие ее повреждения захватом машины. Для второго аналогичного образца максимальной нагрузкой является 202 Н с растяжением на 3,4 мм.
На рис. 5, в приведены результаты для пары образцов с длинами подвесов вне стекла и в стекле 50 мм и 40 мм. Видно, что для первого образца максимальная нагрузка составила 238 Н с растяжением проволоки на 3,9 мм. Для второго аналогичного образца -270 Н с растяжением на 5,4 мм.
На рис. 5, г показаны результаты для двух образцов с длинами подвесов вне стекла и в стекле 92,5 мм и 30 мм, с подвесом из скрученных спиралью четырех нитей медной проволоки диаметром 0,44 мм. Видно, что для первого образца первая пиковая нагрузка составила 456 Н с растяжением скрутки на 4,5 мм, но рост нагрузки продолжался до максимальной в 491 Н с переходом к пластической деформации и общим растяжением на 11,2 мм. Для второго аналогичного образца максимальной нагрузкой являлось 687 Н с растяжением на 7,9 мм (экранная форма с другим масштабом).
На рис. 5, д представлены результаты для пары образцов с длинами подвесов вне стекла и в стекле 78 мм и по всей длине образца, с подвесом из скрученных спиралью четырех нитей медной проволоки диаметром 0,44 мм. Видно, что для первого образца первая пиковая нагрузка составила 307 Н с растяжением скрутки на 2,4 мм, однако рост нагрузки продолжался до максимальной в 480 Н с переходом к пластической деформации и общим растяжением на 10,5 мм. Для второго аналогичного образца максимальной нагрузкой являлось 423 Н с растяжением на 7,4 мм. На рис. 5, е приведены результаты для пары образцов с длинами подвесов вне стекла и в стекле 50 мм и по всей длине образца. Видно, что для первого образца первая пиковая нагрузка составила 137 Н с растяжением проволоки на 1,2 мм, но рост нагрузки продолжался до максимальной в 247 Н с переходом к пластической деформации и общим растяжением на 8,2 мм. Для второго аналогичного образца максимальной нагрузкой являлось 295 Н с растяжением на 13,5 мм.
Перемещение [тт]
Максимум Нагрузка [М] Скорость на шаге 1 [mm/min] Пик локальный Максимум (Нагрузка 10 %) ГМ1
1 294,98199 6,00000 294,98199
а
Перемещение [тт]
Максимум Нагрузка [М] Скорость на шаге 1 [mm/min] Пик локальный Максимум (Нагрузка 10 %) [N]
1 277,96527 6,00000 277,96527
б
Перемещение [mm]
Перемещение [mm]
Максимум Нагрузка EN] Скорость на шаге 1 [mm/mln] Пик локальный Максимум (Нагрузка 10 %) [N]
£ 237.Э2372 6,00000 237.S2372
Максимум Нагрузка Скорость на шаге 1 [N] [mm/min] Пик локальный Максимум (Нагрузка 10 %) [N]
1 269,71182 6.00000 269,71182
в
Максимум Нагрузка [N]
Скорость на шаге I [mm/min]
Пик локальный
Максимум (Нагрузка 10 %)
[N]
455,65189
Максимум Нагрузка [N] Скорость на шаге 1 [mm/min] Пик локальный Максимум (Нагрузка 10 %) [N]
1 687,33478 6,00000 687.33478
Перемещение [mm]
Перемещение [mm]
г
Максимум Нагрузка [N] Скорость на шаге 1 [mm/min] Пик локальный Максимум (Нагрузка 10 %) [N]
1 480,09482 6,00000 307,08191
Максимум Нагрузка [N] Скорость на шаге 1 [mm/min] Пик локальный Максимум (Нагрузка 10 %) [N]
1 422,98663 6.00000 422,98663
д
е
Рис. 5. Графики результатов испытаний:
а - пара образцов с длинами подвесов вне стекла и в стекле 95 мм и 20 мм; б - два образца с длинами подвесов вне стекла и в стекле 50 мм и 20 мм; в - пара образцов с длинами подвесов вне стекла и в стекле 50 мм и 40 мм; г - два образца с длинами подвесов вне стекла и в стекле 92,5 мм и 30 мм; д - пара образцов с длинами подвесов вне стекла и в стекле 78 мм и по всей длине образца; е - два образца с длинами подвесов вне стекла и в стекле 50 мм и по всей длине образца
Результаты испытаний показывают, что у всех образцов наблюдается достаточная прочность крепления подвеса в стекле. Весовая нагрузка обычно составляет не более 50 Н (масса изделий из стекла - до 5 кг) [2]. На прочности крепления сказывается длина подвеса в стеклянном теле изделия, но практически не заметно влияние длины подвеса вне стекла. Для образцов с длинами подвесов вне стекла 50 мм и в стекле 20 мм и 40 мм различие в максимальной нагрузке составляет около 70 Н.
Заметное увеличение прочности крепления отмечается в случае использования подвеса из скрученных спиралью четырех нитей медной проволоки диаметром 0,44 мм, по сравнению с подвесом из одинарной нити диаметром 1 мм. Максимальные нагрузки возрастают почти в два раза, достигая в одном из образцов с длиной подвеса вне стекла и в стекле 92,5 мм и 30 мм величины 687 Н. В случае использования подвеса из четырех нитей усиление прочности можно объяснить небольшим увеличением площади соприкосновения поверхности подвеса со стеклом.
Следует отметить, что во всех экспериментах не происходило разрушения стекла в области подвеса, приводящего к изменению внешнего вида образца. Переход от упругой к пластической деформации при максимальной нагрузке на подвес не сопровождался снижением прозрачности стекла и его растрескиванием. Такое наблюдение может быть важным с точки зрения сохранения эстетических качеств декоративных изделий из стекла, выполненных в технологии фьюзинга с петлеобразными металлическими подвесами.
Таким образом, был проведен эксперимент по определению надежности крепления петлеобразных металлических подвесов художественных изделий из стекла, которые необходимы для их размещения в интерьере. Осуществлен анализ полученных результатов. По данным испытаний сделаны заключения и выработаны рекомендации по технологиям запекания металлических подвесов и их конструктивным решениям.
Статья поступила 07.03.2016 г.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Дембовский С.А., Чечеткина Е.А. Стеклообразование. М.: Наука, 1990. 277 с.
2. Литвиненко С.В. Технология фьюзинга. Киев: Витражная мастерская, 2005.
150 с.
3. Шелби Дж. Структура, свойства и технология стекла. М.: Мир, 2006. 288 с.
4. Шульц М.М., Мазурин О.В. Современные представления о строении стекол и их свойствах. Л.: Наука, 1988. 200 с.
5. Argon A.S., Hori X., Orowan E. Indentation Strength of Glass // J. Am. Ceram. Soc. 1960. Vol. 43. Р. 86-96.
6. Brest V.A., Shelyubskii V.I. Strength of glass under a prolonged load // Glass and Ceram. 1971. Vol. 48. № 6. Р. 247-250.
7. Shelyubskii V.I., Velikovskaya N.A. The choice of the value for the ultimate strength of the glass in the design of glass articles // Glass and Ceram. 1971. Vol. 28. № 5. Р. 273-278.
REFERENCES
1. Dembovskii S.A., Chechetkina E.A. Stekloobrazovanie [Glass forming]. Moscow, Nauka Publ., 1990. 277 p.
2. Litvinenko S.V. Tekhnologiyafyuzinga. [Fusing technology]. Kiev, Vitrazhnaia mas-terskaia Publ., 2005. 150 p.
3. Shelbi Dzh. Struktura, svoistva i tekhnologiya stekla [Structure, nature and technology of glass]. Moscow, Mir Publ., 2006. 288 p.
4. Shul'ts M.M., Mazurin O.V. Sovremennye predstavleniya o stroenii stekol i ikh svoist-vakh [Modern views about the construction of glasses and their nature]. Leningrad, Nauka Publ., 1988. 200 p.
5. Argon A.S., Hori X., Orowan E. Indentation Strength of Glass. J. Am. Ceram. Soc., 1960, vol. 43, pp. 86-96.
6. Brest V.A., Shelyubskii V.I. Strength of glass under a prolonged load. Glass and Ceram., 1971, vol. 48, no. 6, pp. 247-250.
7. Shelyubskii V.I., Velikovskaya N.A. The choice of the value for the ultimate strength of the glass in the design of glass articles. Glass and Ceram., 1971, vol. 28, no. 5, pp. 273-278.
Информация об авторах
Дайнеко Виктория Владимировна, старший преподаватель кафедры архитектурного проектирования, e-mail: [email protected], Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83,
Рудых Александр Валерьевич, доцент кафедры сопротивления материалов и строительной механики, e-mail: [email protected], Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Information about the authors
Daineko V.V., senior teacher, Department of Architectural Design, e-mail: [email protected], Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
Rudykh A.V., candidate of technical sciences, associate professor, Material Resistence and Building Machinery Department, e-mail: [email protected], Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
