TP蓋板玻璃強度分析

1、tp蓋板玻璃強度分析 結(jié)構(gòu)部cae小組主要內(nèi)容 玻璃強度簡介 研究目的和意義 實驗條件和仿真模型 結(jié)果及分析 結(jié)論 參考文獻2主要內(nèi)容 玻璃強度簡介 研究目的和意義 實驗條件和仿真模型 結(jié)果及分析 結(jié)論 參考文獻3 玻璃微裂紋 隨著智能手機屏幕的不斷增大，玻璃成為整機結(jié)構(gòu)設(shè)計中重要的結(jié)構(gòu)件之一。而在破壞性 實驗過程中，整機跌落測試常會出現(xiàn)tp蓋板玻璃破裂的情況 普通平板玻璃的理論強度大于10000mpa，但測試結(jié)果表明，玻璃的實際強度只有30 80mpa。影響玻璃實際強度的因素:如存放環(huán)境、表面機械加工、樣品尺寸、機械劃傷以及 內(nèi)部缺陷氣泡、結(jié)石等，其中微裂紋的存在對玻璃實際強度影響最大12

2、微裂紋產(chǎn)生的原因可歸納為內(nèi)部缺陷、表面反應(yīng)和表面磨損，但對強度影響較大的主要是 玻璃外表面的微裂紋12 玻璃切割過程中邊緣 產(chǎn)生的微裂紋 4玻璃微裂紋的產(chǎn)生 玻璃表面 玻璃原片采用熔融溢流法或浮法工藝制備，新制備玻璃的天然表面微裂紋數(shù) 量很少，尺寸很小 機械加工減薄研磨，拋光，致使表面微裂紋的大量產(chǎn)生 環(huán)境大氣中的h2o，致使玻璃表面發(fā)生應(yīng)力腐蝕而產(chǎn)生微裂紋3 玻璃表面 開裂 水分子 玻璃表面 5玻璃微裂紋的產(chǎn)生 玻璃邊緣 機械加工所致，其中包括切，磨，cnc ，鉆孔及拋光等。尤其是對玻璃進行機 械切割，鉆孔將導(dǎo)致邊緣產(chǎn)生尺寸較大 的微裂紋2 環(huán)境大氣中的h2o，致使玻璃表面 發(fā)生應(yīng)力腐蝕 高

3、質(zhì)量的拋光能有效減小玻璃表面微裂紋尺 寸，高質(zhì)量的拋光與不拋光玻璃原片的強度 差異可達到1050左右2 一般而論，上下表面經(jīng)過精拋光減薄后，微 裂紋尺寸較小且數(shù)量較少，而邊緣由于機械 加工導(dǎo)致裂紋尺寸相對玻璃表面較大，且數(shù) 量相對較多，因而要重點關(guān)注邊緣裂紋情況化學(xué)鋼化玻璃 tp蓋板玻璃是玻璃原片經(jīng)過化學(xué)增加處理后得到的 化學(xué)增強法是在一定的溫度下把玻璃浸入到高溫熔鹽中，玻璃中的堿金屬離子與 熔鹽中的堿金屬離子因擴散而發(fā)生相互交換，使玻璃表面（邊緣）形成一定厚度 的壓應(yīng)力層，壓應(yīng)力層使裂紋不易擴展，從而提高了玻璃的強度16 cs：表面壓應(yīng)力值 國際大廠tp玻璃參數(shù) dol：壓應(yīng)力層深度 ct：

4、中心張應(yīng)力值 cs700mpa cs dol40um dol 厚 ct在40 80mpa之間 度 cs ct dol 化學(xué)鋼化玻璃厚度方向應(yīng)力分布圖 7化學(xué)鋼化玻璃 f：失效應(yīng)力 kic/yc：玻璃本征強度，受微裂紋尺寸最大值和化學(xué)鋼化玻璃表面和邊緣理論許用強度 尖端曲率半徑影響，與裂紋數(shù)量無關(guān) cs：表面壓應(yīng)力 ct：中心張應(yīng)力 k ic x：未知量 f cs x 對于表面強度，x與dol ct 厚度及裂紋形貌等 y c 因素有關(guān) 對于邊緣強度，x與dol ct及裂紋形貌等因素有 關(guān) 注：化學(xué)鋼化玻璃強度影響因素繁多，無法用具體的公 式來衡量；ct如何影響玻璃強度尚未收集到相關(guān)資料 各大廠家

5、tp玻璃主要為鋁硅酸鹽玻璃，組分差別不大，影響本征強度的主要是微裂紋尺寸 微裂紋尺寸的離散分布導(dǎo)致了玻璃強度大小不一，離散度較大3 玻璃厚度一定，則cs值越大，玻璃表面和邊緣強度越高7。但cs值不能無限增大。根據(jù)cs與ct之間的 關(guān)系（見下式），cs在增大的同時，ct值也在不斷增大，玻璃產(chǎn)生“自爆”的幾率也會變大 ct值大于玻璃的本征強度時，玻璃將發(fā)生自爆 由于邊緣微裂紋尺寸大于表面，因而當(dāng)dol值大于邊緣微裂紋尺寸最大值時，則dol對表面和邊緣強度 影響不大。當(dāng)dol值小于邊緣裂紋尺寸最大值時則對強度有較大影響7 cs dol ct t 2 dol t為玻璃厚度 8化學(xué)鋼化玻璃 根據(jù) p t

6、 2 7，構(gòu)件在受到相同載荷的情況下，其所受的應(yīng)力值與構(gòu)件厚度平方成反 比 對于tp玻璃，若要求兩種不同厚度的玻璃具有相同的最大承載能力（承受外力沖擊能力 ），則厚度小的玻璃應(yīng)該提高許用強度值。假設(shè)某種0.7mm厚tp玻璃的許用強度值為 700mpa，則其他厚度玻璃的許用強度值如下表所示 厚度（mm） 0.7 0.6 0.55 0.5 0.4 具有相同許用強度時所能 承受最大載荷（a.u.） 1 0.73 0.62 0.51 0.33 具有相同最大承載能力時 所要求的許用強度（mpa） 700 959 1129 1373 2121 提高tp玻璃許用強度的途徑： 1. 在一定范圍內(nèi)提高cs值 2

7、. 提高表面和邊緣加工質(zhì)量，減小裂紋尺寸最大值，增大裂紋尖端曲率半徑 3. 其他 9 廠家根據(jù)不同的鋼化工藝可以控制csct及dol值，在這三個數(shù)值的控制上各個廠家都相 對成熟，可在滿足三者關(guān)系的前提下（按前述公式）控制三者的數(shù)值大小8 tp玻璃表面和邊緣的裂紋分布情況因各廠家加工水平而異，受各廠家加工設(shè)備和加工工藝 影響。上述因素將共同影響tp玻璃的許用強度值 就tp玻璃而言，上下表面經(jīng)過精拋光減薄后，微裂紋尺寸較小，而邊緣由于機械加工導(dǎo)致 裂紋尺寸相對玻璃表面較大，導(dǎo)致玻璃邊緣的強度要比表面強度低 綜上所述，對于玻璃整體而言，邊緣失效強度要低于表面失效強度。整機自由跌落實驗過 程中tp玻璃

8、的失效大多數(shù)是由邊緣裂紋受力擴展所致。在用戶實際使用過程中則tp玻璃的 失效有邊緣裂紋受力擴展情況，亦有表面裂紋擴展的情況情況。因此需分別研究玻璃的表 面強度和邊緣強度 10市場出現(xiàn)的tp玻璃破裂案例 表面微裂紋受力擴展 裂紋起始源 整機受扭而出現(xiàn)的裂紋 裂紋起始源 邊緣微裂紋受力擴展11主要內(nèi)容 玻璃強度簡介 研究目的和意義 實驗條件和仿真模型 結(jié)果及分析 結(jié)論 參考文獻12研究目的意義 在我司先前的整機跌落仿真計算中，tp蓋板玻璃的失效判據(jù)沒有明確，致使仿真結(jié)果不 能很好地指導(dǎo)實際整機設(shè)計。因而有必要對tp蓋板玻璃的仿真失效判據(jù)進行研究 本文通過對0.69mm和0.6mm兩種厚度的tp蓋板

9、玻璃進行落球沖擊實驗，四點彎曲實驗 及相應(yīng)的仿真模擬，得出了tp蓋板玻璃在相應(yīng)實驗條件下的失效應(yīng)力應(yīng)變，可在后續(xù) 相關(guān)破壞性實驗仿真中作為失效判斷的大體依據(jù)。 本文還對不同厚度玻璃的落球沖擊強度及四點彎曲強度的差異進行分析，為后續(xù)tp玻璃 的選擇提供了依據(jù) 如前所述，tp玻璃強度受csctdol及裂紋分布等因素影響，不同廠家樣品的這些數(shù)值 都不一致。本文實驗中所用樣品來自不同廠家，故本文得出的強度數(shù)據(jù)是在特定樣品條 件下得出，并不具有普遍性 13主要內(nèi)容 玻璃強度簡介 研究目的和意義 實驗條件和仿真模型 結(jié)果及分析 結(jié)論 參考文獻14尺寸測定 本文實驗中所用的玻璃樣品為康寧2319，小片強化工

10、藝 根據(jù)相關(guān)技術(shù)資料，該玻璃原片的2.42g/cm3，u0.21，e71.5gpa。化學(xué)鋼化之后玻 璃的，u，e值均有微小變化，為簡化研究過程，在本實驗中這些細微變化不予以考慮 0.69mm和0.6mm玻璃樣品（t069和t060）外形一致（如圖所示），只是厚度不一致。打 樣廠家分別為廣州星星光電和惠州比亞迪 t069玻璃樣品5pcs，利用三次元測量三圍尺寸并求均值，為125590.7（其中油墨厚度 0.01，玻璃實際厚度0.69）?？紤]到油墨對強度幾乎沒有影響，因而在后續(xù)仿真模擬中玻 璃的整體厚度以0.69計算 t060玻璃樣品5pcs，利用三次元測量厚度求均值，為0.6 15表面應(yīng)力測定

11、t069和t060玻璃樣品的cs，dol值采用表面應(yīng)力儀測定，ct值通過cs和dol值按前述 公式計算得出，測試樣品數(shù)量為5pcs，結(jié)果取均值，如下表所示 從測試結(jié)果可知t069和t060玻璃樣品cs均值相差80.2mpa，cs值得差異會對強度結(jié)果產(chǎn) 生一定影響 t069玻璃ctdol及cs值 t060玻璃ctdol及cs值 t069編號 csmpa dol（m） ctmpa t060編號 csmpa dol（m） ctmpa 1 764.90 46.20 59.13 1 844.70 38.20 61.63 2 756.10 46.50 58.89 2 840.30 38.20 61.31

12、3 761.30 46.50 59.30 3 841.10 38.10 61.18 4 763.20 47.30 60.63 4 839.30 38.00 60.87 5 759.60 46.30 58.87 5 840.70 38.10 61.15 均值 761.02 46.56 59.36 均值 841.22 38.12 61.23 標(biāo)準(zhǔn)差 3.40 0.43 0.73 標(biāo)準(zhǔn)差 2.06 0.08 0.28 16邊緣質(zhì)量 t060玻璃邊緣顯微圖片 t069玻璃邊緣顯微圖片 某att玻璃邊緣顯微圖片 放大倍數(shù) 100 放大倍數(shù) 100 放大倍數(shù) 100 純粹從顯微圖片中很難看出t060和t0

13、69兩種不同廠家玻璃邊緣質(zhì)量的差異，但 從上圖可以看出，小片鋼化玻璃的邊緣質(zhì)量要比大片鋼化（atttologs）玻璃 邊緣質(zhì)量好 17測試方法 玻璃強度常用測試方法5 三點彎曲：準(zhǔn)靜態(tài)測試，玻璃常規(guī)抗折強度表征 四點彎曲：準(zhǔn)靜態(tài)測試，彎曲強度表征，強度數(shù)值主要由玻璃邊緣加工質(zhì)量決定 雙環(huán)強度測試：準(zhǔn)靜態(tài)測試，玻璃表面強度表征，不受邊緣加工質(zhì)量影響 落球沖擊：動態(tài)測試，玻璃表面沖擊強度表征 整機自由跌落過程中tp玻璃處于動態(tài)運動的過程，因而在本實驗中，利用落球 沖擊試驗對玻璃表面強度進行研究。由于沒有很好的動態(tài)測試方法表征玻璃的邊 緣強度，因此在本實驗中利用四點彎曲強度值表征玻璃的邊緣強度 18四點彎曲強度實驗 玻璃放置時與支撐，加載桿垂直 每片玻璃實驗完后用毛刷清理支撐桿 和加載桿上的碎玻璃顆粒，以免對下次實 驗造成影響 測定邊緣強度時將玻璃壓碎為止，記 錄此時加壓治具加壓載荷（彈力）和加壓 距離 注： 20mm 四點彎曲強度公式是在應(yīng)力應(yīng)變呈線