Чисельні дослідження тріщиностійкості іонозміцненного листового скла при згинних деформаціях

Анотація

Безпека надійної експлуатації літальних апаратів і їх довговічність істотно залежать від міцності скління, яке є відповідальним конструкційним елементом. До скління висувається цілий ряд різних вимог. Для забезпечення необхідних параметрів широко використовується високоміцне силікатне скло та застосовуються спеціальні технології його зміцнення. Аналіз проблеми показав, що недостатня міцність елементів авіаційного скління й складність методів контролю стану скла при виробництві й експлуатації внаслідок наявності поверхневих дефектів мікроскопічних розмірів, а також необхідність достовірної оцінки залишкових напружень потребують застосування нових підходів і технічних рішень для розвитку сучасних технологій створення конструкцій. Іонний обмін є одним з механізмів зміцнення скла, який дозволяє зменшити негативний вплив поверхневих дефектів за рахунок штучного створення залишкових стискаючих напружень і зменшення товщини ушкодженого шару. Проведено розрахункові дослідження тріщиностійкості іонозміцненого листового скла при згинних деформаціях із застосуванням власного пакета програм, розробленого на основі методу скінченних елементів та призначеного для дослідження термонапруженого стану конструкцій. Отримані результати показали, що міцність руйнування реального листового скла від розтягуючих напружень при згині визначається тріщиноподібними поверхневими дефектами. Створення залишкових стискаючих напружень на поверхні скла шляхом іонообмінного зміцнення забезпечує збільшення міцності при згинанні. При зростанні залишкових напружень та глибини їх розподілу ефект від іонообмінної обробки збільшується. Якщо глибина зони стискаючих напружень від іонного зміцнення значно менше глибини поверхневої тріщини, міцність скла мало залежить від максимальних стискаючих напружень на поверхні. Ефект від іонного зміцнення суттєво зростає у випадку зменшення глибини поверхневої тріщини. Показана доцільність проведення подальших досліджень і порівняння результатів розрахунків з експериментальними даними. Розроблена методика дозволить розв'язувати важливі практичні задачі дослідження міцності багатошарового скління літальних апаратів і визначення оптимальних методів усунення їх дефектів.