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玻璃內應力分析個案

在計算溫度場時,本研究是以暫態方式模擬玻璃從火焰開始接觸時由0 秒 至300 秒範圍內玻璃的溫度場。有了溫度場結果之後,再以此溫度場結果,將每 間隔 10 秒之溫度場取出。利用此溫度分析結果作為應力分析之邊界條件,並依 照玻璃放置的方法,如前節所述之方式給予模型適當之拘束作為應力分析之邊界 條件。如此,便可計算出熱應變,再將熱應變轉換成所需要之熱應力。

本研究進行模擬之目的為了解玻璃在加工過程中之破裂可能發生區域,所 以在檢視模擬結果時應以脆性材料破裂發生之觀點考量。玻璃的破裂起始點皆由 表面開始,且導致玻璃破裂的原因幾乎皆由張應力所引起。所以在探討應力分析 結果時,可以取不同時間點之應力分佈,檢視其最大主應力之張應力結果。將這 些時間點之最大主應力值與應力發生的位置比較,便可了解玻璃可能發生破裂的 區域及位置。

圖 4.10~12 為個案 1 狀況下,玻璃溫度與內應力分佈圖。由圖 4.10(b)中的 最大主應力可發現玻璃在第 20 秒時,最可能破裂的區域為左側邊緣的位置。到 第 40 秒時,X 方向的應力增加,而 Y 方向的應力減少。此時最可能破裂的區域 則為玻璃的上邊緣處。X 方向應力的最大值會隨火焰移動,且落後火焰位置約 10mm。最後,在第 110 秒時,火焰要離開玻璃時,最可能破裂之區域則移至右側 邊緣處。

圖 4.13~15 為個案 2 狀況下,玻璃之溫度與應力分佈狀況。由圖 4.13 可發 現,此時玻璃左側邊緣的 Y 方向應力值與玻璃上側邊緣的 X 方向應力值很接近,

所以此時玻璃在此兩處之破裂機率也是相近的。到了第 40 秒時,X 方向的應力 值只稍稍增加,而 Y 方向的應力則減至原先之一半。如此時玻璃發生破裂,則最 可能的破裂區域應為玻璃上側邊緣。最後,等到火焰要離開玻璃時的第 110 秒 時,X 方向的應力值還是呈現一較穩定的值,而 Y 方向應力則稍稍增加。此時之 最可能破裂區域則為玻璃末端的上邊緣處。

所以,在各時間點之應力分佈中發生最大應力值的區域便可知道此區為該 時間點下之最可能破裂區。最後,連接利用各時間點之最大應力值,便可知道最 大應力值在拋光時之變化曲線,由此曲線變化便可得知玻璃在拋光過程中之可能 破裂時間與位置。

(a) Temperature

(b) 1st Principle Stress

(c) X-direction Stress

(d) Y-direction Stress 圖4.10 個案 1 在第 20 秒之溫度與應力

Max.Value=1194 ℃

Max.Value=421 MPa

Max.Value=113 MPa

Max.Value=421 MPa

(a) Temperature

(b) 1st Principle Stress

(c) X-direction Stress

(d) Y-direction Stress 圖4.11 個案 1 在第 40 秒之溫度與應力

Max. Value=1202 ℃

Max. Value=211 MPa

Max. Value=211 MPa

Max. Value=206 MPa

(a) Temperature

(b) 1st Principle Stress

(c) X-direction Stress

(d) Y-direction Stress 圖4.12 個案 1 在第 110 秒之溫度與應力

Max. Value=1202 ℃

Max. Value=384 MPa

Max. Value=194 MPa

Max. Value=384 MPa

(a) Temperature

(b) 1st Principle Stress

(c) X-direction Stress

(d) Y-direction Stress 圖4.13 個案 2 在第 30 秒之溫度與應力

Max Value=1179 ℃

Max Value=162 MPa

Max Value=153 MPa

Max Value=146 MPa

(a) Temperature

(b) 1st Principle Stress

(c) X-direction Stress

(d) Y-direction Stress 圖4.14 個案 2 在第 40 秒之溫度與應力

Max. Value=1197 ℃

Max. Value=179 MPa

Max. Value=169 MPa

Max. Value=74 MPa

(a) Temperature

(b) 1st Principle Stress

(c) X-direction Stress

(d) Y-direction Stress 圖4.15 個案 2 在第 110 秒之溫度與應力

Max. Value=1204 ℃

Max. Value=178 MPa

Max. Value=163 MPa

Max. Value=99 MPa

(a) Temperature

(b) 1st Principle Stress

(c) X-direction Stress

(d) Y-direction Stress 圖4.16 個案 3 在第 20 秒之溫度與應力

Max. Value=1199℃

Max. Value=192 MPa

Max. Value=144 MPa

Max. Value=192 MPa

(a) Temperature

(b) 1st Principle Stress

(c) X-direction Stress

(d) Y-direction Stress 圖4.17 個案 3 在第 30 秒之溫度與應力

Max. Value=1209 ℃

Max. Value=195 MPa

Max. Value=176 MPa

Max. Value=152 MPa

(a) Temperature

(b) 1st Principle Stress

(c) X-direction Stress

(d) Y-direction Stress 圖4.18 個案 3 在第 110 秒之溫度與應力

Max. Value=1211 ℃

Max. Value=235 MPa

Max. Value=189 MPa

Max. Value=235 MPa

五、玻璃內部應力之量測[1~4]