Численные исследования трещиностойкости ионоупрочненного листового стекла при изгибных деформациях

Аннотация

Для обеспечения необходимых параметров широко используется высокопрочное силикатное стекло и применяются специальные технологии его упрочнения. Анализ проблемы показал, что недостаточная прочность элементов авиационного остекления и сложность методов контроля состояния стекла при производстве и эксплуатации вследствие наличия поверхностных дефектов микроскопических размеров, а также необходимость достоверной оценки остаточных напряжений нуждаются в применении новых подходов и технических решений для развития современных технологий создания конструкций. Ионный обмен является одним из механизмов упрочнения стекла, который позволяет уменьшить негативное влияние поверхностных дефектов за счет искусственного создания остаточных сжимающих напряжений и уменьшения толщины поврежденного слоя. Проведены расчетные исследования трещиностойкости ионоупрочненного листового стекла при изгибных деформациях с использованием собственного пакета программ, разработанного на основе метода конечных элементов и предназначенного для исследования термонапряженного состояния конструкций. Полученные результаты показали, что прочность разрушения реального листового стекла от растягивающих напряжений при изгибе определяется трещиноподобными поверхностными дефектами. Создание остаточных сжимающих напряжений на поверхности стекла путем ионообменного упрочнения обеспечивает приращение прочности при изгибе. При увеличении остаточных напряжений и глубины их распределения эффект от ионообменной обработки увеличивается. Если глубина зоны сжимающих напряжений от ионного упрочнения значительно меньше глубины поверхностной трещины, прочность стекла мало зависит от максимальных сжимающих напряжений на поверхности. Эффект от ионного упрочнения существенно возрастает в случае уменьшения глубины поверхностной трещины. Показана целесообразность проведения дальнейших исследований и сравнения результатов расчетов с экспериментальными данными. Разработанная методика позволит решать важные практические задачи по исследованию прочности многослойного остекления летательных аппаратов и определению оптимальных методов устранения их дефектов.