玻璃幕墻癌癥-鋼化玻璃自爆(修訂版系列二)

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　　5.5玻璃的統計力學強度
　　玻璃的斷裂強度離散性大，強度的測定與測試條件如加載方式、加載速率、持續時間等密切相關。很多國家往往采用統計分析方法推斷出玻璃強度的估算公式，通常將幾百片玻璃破壞的試驗結果進行統計處理，求出平均值和標準差，推斷玻璃的力學強度，給出設計安全系數與失效關系如下：

　　安全系數 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.3
　　失效概率 50% 9% 1% 0.1% 0.01% 0.003%

　　六 玻璃斷裂力學-線彈性斷裂力學
　　6.1在傳統的強度計算中，構件看成不帶裂紋的連續體，并以工作應力和許用應力或以應力設計值和材料強度設計值相比較來判斷構件的強度，實踐證明對一般結構，這種傳統的方法是可靠的，但對象玻璃這樣的脆性材料，可靠性是不夠的，研究玻璃結構的安全使用問題，必須從玻璃材料不可避免地存在裂紋這一客觀的事實出發，即既要考慮裂紋應力集中的效應，又要考慮玻璃材料的斷裂韌性，早在二十世紀二十年代，格里菲思(Griffith) 對玻璃低應力脆斷的理論分析，提出了玻璃的實際強度取決于裂紋擴展應力的著名論點，創立了玻璃斷裂力學，即線彈性斷裂力學。隨后發展的彈塑性（詞條“塑性”由行業大百科提供）斷裂力學在導彈、飛機、原子能、橋梁、大型鍛焊件等結構得了成功的應用，顯示了斷裂力學強大的生命力。


　　6.2 研究裂紋尖端附近的應力、位移以及裂紋擴展規律的力學，稱為斷裂力學。玻璃構件的斷裂是由于其中存在裂紋并在一定應力水平下擴展而導致的。在發生脆性斷裂前，除了裂紋端部附近的很小范圍外，材料均處于彈性狀態，可按線彈性理論來分析應力和變形，稱之為“線彈性斷裂力學” 。二十世紀五十年代，采用復變函數分析方法，對裂紋端部的應力與變形進行研究，發現應力場的水平只與參數K1 (張開型裂紋) 有關，稱此為應力強度因子。玻璃結構一般為有限寬度的薄板，表面裂紋呈非貫穿性，按照斷裂力學的分析方法，筆者推薦玻璃結構K1 的估算式為：


　　K₁=1.1×σn×a^1/2 ----------- (1)
　　σn 裂紋所在平面（詞條“平面”由行業大百科提供）上凈截面的平均應力
　　a 表面裂紋深度
　　K₁應力強度因子

　　6.3 斷裂韌度及斷裂判據。

　　斷裂力學的試驗表明：對于一定厚度的玻璃，當應力強度因子達到某一臨界值，裂紋即迅速擴展(稱為失穩擴展)而導致玻璃結構脆性斷裂，這就更進一步證明用應力強度因子來描述裂紋尖端的受力程度，是客觀反映了玻璃結構脆性斷裂的本質。使裂紋發生失穩擴展的臨界應力強度因子值，稱為材料的斷裂韌度，以K_1c 表示，玻璃結構脆性斷裂的判據：

　　K₁＝K_1c ------------ (2) ，
　　當K₁ ＜K_1c 玻璃不斷裂；當K₁＝K_1c玻璃斷裂。

　　K_1c是材料固有的一種力學性質，根據文獻《Construire en verre》，推算浮法玻璃的K1C≈0.76×10⁵ N m^-3/2

　　6.4 硫化鎳臨界直徑
　　應用斷裂力學的研究方法，Swain推導出下述公式[4]，可計算引起自爆的NiS的臨界直徑 D_c
　　D_c=( πK²_1c ) / (3.55 P₀^0.5σ₀^1.5)
　　臨界直徑D_c值取決于NiS周圍的玻璃應力值σ₀。 式中應力強度因子K_1c=0.7610⁵ N m^-3/2度量相變及熱膨脹的因子P₀= 615 Mpa .

　　6.5 鋼化玻璃的強度為甚么得到提高？

　　鋼化玻璃的生產方法：把玻璃加熱到接近軟化溫度(不低於640℃) ，然后出爐進行快速冷卻，使玻璃表面產生了壓應力，玻璃表面的荷載拉應力σ_L 和玻璃表面的壓應力σ_u相抵消，降低了玻璃表面實際拉應力的水平，從而提高了玻璃的強度。如圖二十六。

圖二十六 鋼化玻璃的增強機理示意圖

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