分析钢化玻璃与普通玻璃的主要力学特性-论文.doc

2009届工程力学毕业论文前言 玻璃是现代室内装饰的主要材料之一。随着现代建筑发展的需要和玻璃制作技术上的飞跃进步，玻璃正在向多品种多功能方面发展。例如，其制品由过去单纯作为采光和装饰功能，逐渐向着控制光线、调节热量、节约能源、控制噪音、降低建筑自重、改善建筑环境、提高建筑艺术等多种功能方向发展。具有高度装饰性和多种适用性的玻璃新品种不断出现，为室内装饰装修提供了更大的选择性。因此，对于玻璃的研究，尤其是对玻璃安全性能方面的研究，也就逐渐成为现代装饰的一个主要课题，而玻璃的力学特性作为玻璃安全性能的主要组成部分，起着不可或缺的地位。本文将研究重点放在对无框阳光窗所用的钢化玻璃和塑钢窗所用的普通玻璃的主要力学特性进行分析。随着科技的不断发展和人们认识的不断深入，工程设计和实践中的许多问题显现出来，而这些问题归根结底都是力学问题，于是就需要有相应的力学理论知识作为基础，再接合实际情况找出新的计算方法，以便对结构进行计算和分析，提出解决方案。通过力学和工程的结合，可以加深我们对本专业知识的认识。本课题是通过将板理论与有限元相结合的方式来解决钢化玻璃和普通玻璃力学特性的一个计算设计，以达到一个对比分析比较的结果。本课题对钢化玻璃和普通玻璃力学特性的研究主要是分为三大部分：第一部分是利用薄板的小挠度弯曲问题分别对钢化玻璃和普通玻璃建立两种不同的力学分析模型，通过进行板理论运算得出板的变形结果。第二部分是利用ansys结构分析软件分别对这两种板建立模型，分别施加不同的约束条件和外荷载，得出它们的位移变形图以及应力云图，更为直观的到达结果显示的目的。第三部分是将板理论所得结果与ansys结构分析软件得出的结果进行对比，找出相同点和不同点，分别加以分析，得出最后结论。通过对这次课题的研究，可以更系统更综合的将个人所学到的力学、数学、软件应用等方面的理论知识运用到实践当中，解决一些实际的问题，同时也能检验自身对理论知识的掌握情况和运用能力；其次，还可以提高自己发现问题、分析问题以及解决问题的能力，不断培养并发挥自身的创新能力；再次，通过作毕业设计还能从中发现自身的不足，从而可以在以后的学习和工作中加以注意和弥补。本次论文除了其理论价值外还有其积极的现实价值。首先，撰写毕业论文是实现人才培养目标的综合性实践环节，通过毕业论文的撰写，能对我大学四年所学知识进行一次全面、综合、系统的运用 ，也是对以前所学知识的进一步巩固和充实。其次，通过对毕业论文相关资料的阅读和分析，使我对ansys结构分析软件的使用步骤和相应的理论有了进一步的了解，也让我注意到毕业论文撰写过程中出现的一些问题，为以后解决同类问题奠定了基础。再次，通过撰写毕业论文，我们可以提高自身检索信息 、综合运用文献解决问题的能力，也能得到一些实用的经验和技巧。45目 录中文摘要 英文摘要 第一章 绪论 1 1.1 课题的理论价值和现实意义 1 1.1.1 课题的理论价值 11.1.2 课题的现实意义 11.2课题在国内外的研究及发展趋势21.2.1 国内外研究现状2 1.2.2 发展趋势及存在的问题31.3课题的研究重点 3第二章 普通玻璃与钢化玻璃 42.1普通玻璃与钢化玻璃性质对比4 2.1.1 玻璃的制作及分类 4 2.1.2 普通玻璃与钢化玻璃对比 42.2 普通玻璃与钢化玻璃的应用6 2.2.1 普通玻璃在塑钢窗上的应用6 2.2.2 钢化玻璃在无框阳光窗上的应用8第三章 薄板的小挠度弯曲问题及其经典解法93.1小挠度板理论93.2 薄板的弹性曲面的微分方程 103.3 边界条件 143.4 简单例题 153.5 简支边矩形薄板的纳维解法 17第四章 有限元模型的建立244.1模型建立基本过程24 4.1.1 概述 24 4.1.2 模型建立方法 24 4.1.3 实体建模 25 4.1.4 网格划分 274.2 结构线性静力学分析294.3 钢化玻璃与普通玻璃模型的建立与分析 29第五章 结果分析 39 5.1 外力的加载及部件变形的加载讨论 395.2 最大应力值讨论 395.3 玻璃尺寸比例的讨论 405.4 结论及建议 40第六章 结束语 426.1 论文小结 426.2 展 望 42致 谢 43参考文献 44摘 要随着人们生活水平和居住质量的提高，阳台、门窗已不再仅是采暖和通风的要求，现在门窗、阳台的设计是人们复归自然，舒适健康的重要组成部分。塑钢窗作为一种新型的以塑代木、代钢产品被越来越多的建筑商、用户所认识和接受，已在建筑行业中广泛地应用。相应的高层建筑也采用了更为简洁的无框阳光窗。玻璃作为窗户结构的重要组成部分，其力学性质和安全性能也对人们的生活质量有着很大的影响。由此需要专门的检测规范来测定玻璃的力学安全性能，来解决上述问题。经过对窗户所用的普通玻璃和钢化玻璃力学性质的研究，最大限度的考虑玻璃的力学安全性能方面，整个课题的研究主要采用薄板的小挠度弯曲问题的解题思路和采用有限元分析计算的方法，对模型分析计算得出结果后，对无框阳光窗所用钢化玻璃和塑钢窗所用普通玻璃在工程应用上的优劣进行对比。本课题采用有限元分析软件，解决钢化玻璃与普通玻璃的主要力学概况。从分析钢化玻璃和普通玻璃的力学特性出发，针对钢化玻璃和普通玻璃的主要特点，在板理论的基础上采用有限元结构分析以达到对无框阳光窗所用钢化玻璃和塑钢窗所用普通玻璃的工程应用优劣进行分析对比。关键词：普通玻璃，钢化玻璃，板理论，有限元abstractas peoples living standards and improving the quality of living, balcony, windows and doors are no longer just a heating and ventilation requirements, and now the doors and windows, the design of the balcony is a reversion to natural and comfortable an important component of health. plastic-steel windows as a new generation of wood to plastic in lieu of steel products are a growing number of builders, users understand and accept, in the construction industry has been widely used in. corresponding high-rise building also used a more compact frame of the window the sun. glass windows of the structure as an important component of the mechanical properties of its performance and safety of peoples quality of life has greatly affected. thus the need for specialized testing to determine the norms of the mechanical safety glass, to resolve the issue.through the window glass used in general and mechanical properties of tempered glass, the maximum security to consider the mechanical properties of glass, the whole subject of study of the use of thin plate bending problem of small deflection bending of the problem-solving ideas and the use of finite element analysis and calculation of method, calculated on the model analysis results of the sunshine on the window frame and tempered glass used in pvc window glass used in general engineering applications in the advantages and disadvantages compared.this issue using the finite element analysis software to address the tempered glass and ordinary glass overview of the main mechanics. from the analysis of tempered glass and the general mechanical characteristics of glass, toughened glass and ordinary glass for the main features of the plate theory based on finite element structural analysis in order to achieve the sun on the window frame and tempered glass used in pvc window glass used in general engineering analysis and comparison of advantages and disadvantages.keywords: ordinary glass, tempered glass, plate theory, finite ele第1章 绪 论1.1 课题的理论价值和现实意义1.1.1 课题的理论价值随着人们生活水平和居住质量的提高，阳台、门窗已不再仅是采暖和通风的要求，现在门窗、阳台的设计是人们复归自然，舒适健康的重要组成部分。塑钢窗作为一种新型的以塑代木、代钢产品被越来越多的建筑商、用户所认识和接受，已在建筑行业中广泛地应用1。相应的高层建筑也采用了更为简洁的无框阳光窗。玻璃作为窗户构造的一个主要组成部分，其安全性能和力学性能也对人们的生活质量有着很大的影响。选择本课题的理论价值在于对无框阳光窗和塑钢窗的各工况力学特性有所了解，通过对两种不同材质的玻璃特性对比以及利用板理论和有限元知识进行分析计算，以达到对无框阳光窗所用钢化玻璃和塑钢窗所用普通玻璃的工程应用优劣进行对比分析。在根本上对玻璃安全性能和力学性能方面得到一个比较全面的总结，以提高人们的生活安全质量。1.1.2 课题的现实意义现实意义在于玻璃门窗的良好发展前景。在我国建筑能耗约占总能耗的1/4以上；建筑使用能耗占建筑能耗的1/2以上；室内采暖、空调能耗是建筑使用能耗的1/5以上；从整个建筑的能源流失来看，能源损失中70%是通过门窗流失的。从上世纪90年代开始，随着国际能源的日趋紧张，国家对建筑节能的要求越来越高。各级政府对建筑节能的要求也越来越明确。1996年国家颁布了民用建筑节能设汁标准；2001年国家颁布了夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准；2004年北京市颁布北京市工程建设技术标准住宅建筑门窗使用技术规范明确要求将外窗的传热系数达到2.8w/m2 k以内，这样普通的铝合金门窗将在这一地区彻底的淘汰。2005年7月1日国家颁布实施了我国第一部有关公共建筑节能的国家标准公共建筑节能设计标准对公共建筑门窗的传热系数值有了明确的规定，并对夏热冬暖的地区的节能也提出了要求2。所有这些标准、规范的出台都预示着环保节能的玻璃钢门窗将迎来更广阔的发展空间。在不同地域不同空间采用什么样的玻璃，其安全性能和实用性能都是一个值得探讨和考虑的关键问题，尤其是在玻璃的质量和安全性能方面。通过对这两种玻璃的力学特性的有关分析，就可以最合理化地实现安全和美观两方面的考虑，同时在玻璃的色彩设计、光学设计、环境温度控制、空气调节、噪音控制等问题上，也可以通过对玻璃的特性研究以求做到与人文环境和谐一致。1.2 课题在国内外的研究及发展趋势1.2.1 国内外的研究现状目前国外对玻璃力学特性的研究主要是在玻璃的高分子性能以及新技术开发上面。现在国外对玻璃的研究已经逐渐转移到其安全性能和环保性能上面，对新型玻璃材料提出了更高的要求和发展需要。国内玻璃钢门窗的发展现状：目前，我国建筑门窗行业形成了多元化，多层次的产品结构体系，已成为建筑门窗产量最多的国家，全国城镇建筑市场门窗需求量已经达到2亿平米，塑钢门窗市场占有率约32%；安全塑钢门窗因为其安全、隔热、保暖、节能等特点，平民化势必是未来的一个主流发展方向。从市场发展看，玻璃钢门窗市场已初具规模。6o年代钢门窗取代了传统的木门窗，但由于钢门窗易生锈、密闭性能差，8o年代被外形美观的铝合金门窗挤占了35的市场。铝合金门窗质轻适合做成推拉门窗，密闭性能有了很大的改善，但在使用中，人们注意到铝合金门窗导热系数比钢门窗高3倍，保温性能比较差，达不到节能的作用。90年代开始国家要求推广应用节能保温的塑料门窗，淘汰钢门窗，限制铝合金门窗的使用，塑料门窗在我国开始迅猛发展。由于塑料本身强度低易变形，使用时多用钢管等在塑料型材的空腹内进行加强，即市场上的塑钢门窗等。塑钢门窗强度低、易老化，随着玻璃钢型材拉挤工艺和表面涂装技术的发展，玻璃钢拉挤型材开始应用在门窗行业，并且得到国家有关部门的重视和支持。1996年，国家建材局委托有关单位编制了玻璃纤维增强塑料门窗型材行业标准。1997年12月29日国务院批准，将玻璃纤维增强优质塑料复合门窗列为当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录，自1998年1月1日起施行。国家对列入目录的项目有相应的22条优惠政策。由于玻璃钢材料特有的质轻高强、耐腐蚀、保温、绝缘、隔音、寿命长等优点，得到社会各界的认可，玻璃钢门窗在我国北方地区得到迅速的推广，市场已初具规模。从市场布局看，我国玻璃钢门窗市场的分布不均。我国的玻璃钢门窗起源于冬季寒冷的北方，受地方政策的影响，目前市场主要集中在华北、山西和上海等地，而在建筑业也同样兴旺的华南、江浙等地却应用很少。这种现象主要是由于各级地方政府对建筑保温节能要求的执行力度不同以及社会对玻璃钢门窗的认知程度还不够。从生产情况看，我国的玻璃钢门窗已经实现了工业规模化生产。目前国内玻璃钢门窗型材生产企业30多家，门窗型材拉挤生产线150多条。但各厂家的规模、技术水平参差不齐，相当部分企业忽略了玻璃钢门窗型材的生产技术，没有完全掌握窗型材生产的工艺配方与工艺参数关系，以致拉挤出的型材质量不稳定；再者由于企业对市场过于乐观，没考虑到用户对新材料的认知、接受有一个过程，仓促上马导致订单不足无法维系正常的连续生产，造成成本上的增加和管理上的困难。这些原因导致玻璃钢门窗行业发展较为缓慢，部分企业转而生产其它玻璃钢型材来弥补玻璃钢门窗订单的不足。目前国内较有实力的玻璃钢门窗企业有：秦皇岛耀华茵莱节能门窗有限公司、北京华实玻璃钢制品有限公司、北京建工芮莱玻璃钢制品有限公司等，他们的产量约占整个行业的70。1.2.3 发展趋势及存在的问题随着塑钢门窗行业的发展，塑钢门窗品种增多、塑钢门窗成本的降低，塑钢门窗产品的成本也随之降低，使人们更容易接受。但是就象任何事物都具有两面性一样，塑钢窗的质量和安全性能同时也引起人们的关注。所以，对钢化玻璃和普通玻璃的安全性能的研究，特别是对其力学特性方面的分析对门窗构造所造成的影响，将会是以后门窗玻璃的一个发展趋势。玻璃钢门窗行业的发展不仅仅是玻璃钢产品在建筑业应用的发展，它将推动我国门窗向多元化、多层次方向发展。玻璃钢门窗将以其节约能源、节约资源、美化市容等优势得到更快普及和应用。目前，我国玻璃钢门窗的开发、生产、销售等方面已取得了可喜的局而，我个人认为作为门窗主要构件的玻璃应该从以下几方面着手，在加快进度为玻璃钢门窗行业发展的同时，应重点注重玻璃的力学性能方面的研究，尤其是在玻璃安全性能和环保性能方面，使市场的生产、销售和使用形成一个良性循环。1.3课题的研究重点本课题是通过将板理论与有限元相结合的方式来解决钢化玻璃和普通玻璃力学特性的一个计算设计，以达到从事工程应用理论研究的全面训练。研究重点归纳为以下四点：一、要通过文献检索和资料整理对无框阳光窗和塑钢窗特性有一个系统的了解，对无框阳光窗所用的钢化玻璃和塑钢窗所用的普通玻璃概况有个初步的了解。二、通过对资料整理，全面了解无框阳光窗所用钢化玻璃和塑钢窗所用普通玻璃各工况的力学特性。在实际资料的基础上构思无框阳光窗所用钢化玻璃和塑钢窗所用普通玻璃的主要工况力学特性分析模型，用板理论和有限元进行分析计算； 三、在对模型分析计算得出结果后，对无框阳光窗所用钢化玻璃和塑钢窗所用普通玻璃在工程应用上的优劣进行对比研究；四、理论联系实习，通过对实际市场的玻璃使用情况，结合模型计算得出的结论进行综合整理分析，得出结论。第2章 普通玻璃与钢化玻璃2.1普通玻璃与钢化玻璃性质对比2.1.1玻璃的制作及分类玻璃是以石英砂、纯碱、石灰石等无机氧化物为主要原料，与某些辅助性原料经高温熔融，成型后经过冷却而成的固体。与陶瓷不同的是，它是无定形非结晶体的均质同向性材料。玻璃是现代室内装饰的主要材料之一。随着现代建筑发展的需要和玻璃制作技术上的飞跃进步，玻璃正在向多品种多功能方面发展。例如，其制品由过去单纯作为采光和装饰功能，逐渐向着控制光线、调节热量、节约能源、控制噪音、降低建筑自重、改善建筑环境、提高建筑艺术等多种功能发展，具有高度装饰性和多种适用性的玻璃新品种不断出现，为室内装饰装修提供了更大的选择性。玻璃的分类：常用的窗户玻璃一般分为普通玻璃和钢化玻璃。普通玻璃：包括普通平板玻璃和浮法玻璃。钢化玻璃：将浮法玻璃按照需要的尺寸与形状，经过切割、磨边、钻孔、清洗等工序，对玻璃边部进行精加工处理，除去微裂纹，然后送入水平钢化电炉中，加热到略低于玻璃的软化温度，再吹风使玻璃骤冷，这时玻璃表面形成压应力，中心部则产生张应力与之平衡，这种新型玻璃就是钢化玻璃。钢化玻璃又称强化玻璃。它是用物理的或化学的方法，在玻璃表面上形成一个压应力层，玻璃本身具有较高的抗压强度，不会造成破坏。钢化玻璃是平板玻璃的二次加工产品。在定义和制作方面对这两种玻璃有了大概的了解后，本研究将对其特性进行多方面的对比。2.1.2 普通玻璃与钢化玻璃对比(一)普通玻璃：一、普通玻璃的力学性质3：玻璃的理论抗拉强度极限为12000mpa，实际强度只有理论强度的1/3001/200，一般为3060mpa，玻璃的抗压强度约为7001000mpa。玻璃中的各种缺陷造成了应力集中或薄弱环节，试件尺寸越大缺陷存在的越多。缺陷对抗拉强度的影响非常显著，对抗压强度的影响较小。工艺上造成的外来杂质和波筋(化学不均匀部分)对玻璃的强度有明显影响。在-50+70范围内玻璃的强度基本不变。脆性是玻璃的主要缺点。玻璃的脆性指标e为13001500(橡胶为0.40.6，钢为400460，混凝土为42009350)。e越大说明脆性越大。玻璃的脆性也可以根据冲击试验来确定。在实际应用中玻璃制品经常受到弯曲、拉伸和冲击应力，较少受到压缩应力。玻璃的力学性质主要指标是抗拉强度和脆性指标。二、玻璃的光学性质光学性质是玻璃最重要的物理性质。光线照射到玻璃表面可以产生透射，反射和吸收三种情况。光线透过玻璃称为透射，光线被玻璃阻挡，按一定角度反射出来称为反射，光线通过玻璃后，一部分光能量损失在玻璃内部称为吸收。玻璃中光的透射随玻璃厚度增加而减少。玻璃中光的反射对光的波长没有选择性，玻璃中光的吸收对光的波长有选择性。可以在玻璃中加入少量着色剂，使其选择吸收某些波长的光，但玻璃的透光性降低。还可以改变玻璃的化学组成来对可见光、紫外线、红外线、x射线、和射线进行选择吸收。三、玻璃的热工性质玻璃的比热与其化学组成有关，在室温范围内其比热的范围为（0.331.05）103j/(kgk)。普通玻璃的导热系数在室温下约为0.75w/(mk)。玻璃的导热系数约为铜的1/400，是导热系数较低的材料。当发生温度变化时，玻璃产生的热应力很高。在温度剧烈变化时玻璃会产生碎裂，玻璃的急热稳定性比急冷稳定性要强一些。四、玻璃的化学性质玻璃具有较高的化学稳定性，它可以抵抗除氢氟酸以外所有酸类的侵蚀。硅酸盐玻璃一般不耐碱。玻璃遭受侵蚀性介质腐蚀，也能导致变质和破坏。大气对玻璃侵蚀作用实质上是水气、二氧化碳、二氧化硫等作用的总和。实践证明，水气比水溶液具有更大的侵蚀性。普通窗玻璃长期使用后出现表面光泽消失，或表面晦暗，甚至出现斑点和油脂状薄膜等，就是由于玻璃中的碱性氧化物在潮湿空气中与二氧化碳反应生成碳酸盐造成的。这一现象称为玻璃发霉。可用酸浸泡发霉的玻璃表面，并加热至400450除去表面的斑点或薄膜。通过改变玻璃的化学成分，或对玻璃进行热处理及表面处理，可以提高玻璃的化学稳定性。(二)钢化玻璃钢化玻璃是将玻璃加热到接近玻璃软化点的温度(600650)后以迅速冷却或用化学方法钢化处理所得的玻璃深加工制品。它具有良好的机械性能玻璃和耐热冲击性能，又称为强化玻璃。玻璃经处理表面产生了均匀的压应力，它的强度是经过良好退火处理的玻璃的310倍，抗冲击性能也大大提高。钢化玻璃破碎时出现网状裂纹，或产生细小碎粒，不会伤人，故又称安全玻璃。钢化玻璃的耐热冲击性能很好，最大的安全工作温度为287.78，并能承受204.44的温差。故可用来制造高温炉门上的观测窗、辐射式气体加热器和干燥器等。由于钢化玻璃具有较好的性能，所以，它在汽车工业、建筑工程以及军工领域等行业得到了广泛应用。常用作高层建筑的门、窗、幕墙、屏蔽及商店橱窗、军舰与轮船舷窗以及桌面玻璃等。 钢化玻璃有普通钢化玻璃、钢化吸热玻璃、磨光钢化玻璃等品种，目前在上海、沈阳、厦门等地均有生产。钢化玻璃制品有平面钢化玻璃、弯钢化玻璃、半钢化玻璃和区域钢化玻璃等。平面钢化玻璃主要用作建筑工程的门窗、隔墙与幕墙等；弯钢化玻璃主要用作汽车车窗玻璃；半钢化玻璃主要用作暖房、温室及隔墙等的玻璃窗；区域钢化玻璃主要用作汽车的风挡玻璃。钢化玻璃不能切割、磨削，边角不能碰击，使用时需选择现成尺寸规格或提出具体设计图纸加工定做。此外，钢化玻璃在使用过程中严禁溅上火花。否则，当其再经受风压或振动时，伤痕将会逐渐扩展，导致破碎。在一般人眼里玻璃是一种纤薄易碎的东西，很难与硕大的承重结构联系起来。事实上虽然玻璃在力学性能上有一定的局限性，但如果对其设计合理，扬长避短，用于建筑结构会取得意想不到的效果。透明或半透明是玻璃的最主要也是最显著的特征，因此玻璃结构一般明亮华丽，从采光这个角度上说，这也是一种节能结构。玻璃在力学性能上有点像混凝土，是一种脆性材料，抗压性能好、抗拉性能差，应力应变关系表现为线性，弹性模量在7073gpa之间，约为钢材弹性模量的三分之一。一般浮法玻璃的抗弯强度为50mpa，经过热处理后玻璃的性能可显著改善，钢化玻璃的抗弯强度高于70mpa，淬火玻璃的抗弯强度则可超过120mpa，甚至可达到200mpa，而玻璃的自重为2500/m3，所以玻璃的强重比要优于普通钢材，玻璃结构能给人一种轻巧的感觉。玻璃的热膨胀系数为910-6，与钢材的相近，这使得钢材和玻璃能够用于同一结构，发挥各自特长。玻璃的耐腐蚀性能很强，可抵抗强酸的侵蚀，因此玻璃结构的防腐费用较低。因此越来越多的建筑师和结构工程师在工程中利用玻璃来实现建筑物更亮、更轻、更美的高科技效果，增强城市的现代化气息。2.2 普通玻璃与钢化玻璃的应用2.2.1 普通玻璃在塑钢窗上的应用一般来说，塑钢窗可使用的玻璃分为普通单层玻璃、普通双层玻璃、中空玻璃、镀膜low-e中空玻璃、真空玻璃。1.普通单层玻璃普通单层玻璃导热率大，采用普通单层玻璃的窗户，夏季照射到玻璃上的太阳光除小部分反射掉外，大部分射入室内使温度升高。在冬天，由于玻璃的导热率大，单层窗体则起到散热的作用，冬天窗边引起的“冷吹风”和“冷辐射”会形成“冷幕”。总之，使室内外温度交换非常明显。因其价格低廉，在老建筑中大量使用。2.普通双层玻璃普通双层玻璃是将两块玻璃分别粘合在两面带胶的硬质发泡塑钢隔条的两侧，玻璃周边外围涂一层密封胶制成的。两层玻璃夹层中的空气与外界空气产生对流，在室内湿度较高、室内外温差较大时会造成夹层玻璃内表面结雾结霜，严重时在夹层下部造成积水，而且空气中的浮尘、污染物会粘附在玻璃内表面，影响视线和采光。其保温、隔声效果优于普通单层玻璃，制作工艺简单。3.中空玻璃中空玻璃由两片浮法玻璃组合而成。玻璃之间夹有充填了干燥剂的铝合金隔框。铝合金隔框与玻璃间用丁基胶粘结密封后再用聚硫胶或结构胶密封。空气的热传导率非常低，干燥的空气被密封在两层玻璃之间。由此合成的中空玻璃能有效地直接阻断热量传导的流失，从而达到节能、防结露等效果。4.真空玻璃真空玻璃是最新型的保温隔热隔声玻璃，在隔声、隔热、节能、减少室内温差提高采光性等方面远优于目前普遍采用的中空玻璃。其保温隔热性能相当于370 mm厚实心粘土墙砖，是普通中空玻璃的2倍，是单片玻璃的4倍，可使空调节能达50。因为塑钢窗与其他材料窗的特性不同，人们在选用塑钢窗时，要考虑其特点来选用。在选用塑钢窗时应注意考虑以下方面：1.选择合适类型的塑钢窗4塑钢窗的类型基本分为：平开窗(悬窗)、推拉窗和固定窗。平开窗(悬窗)又可分为内开和外开两种。人们在选用时常有多种选择，但偏重点不同。11 平开窗(悬窗)由于平开窗(悬窗)的水密性、气密性等均优于推拉窗，而且欧洲的住宅中选用平开窗的较多，所以一些人认为平开窗就一定比推拉窗好，常常选用平开窗，其实这是一个误区。因为在欧洲，l层3层别墅选用外开窗的较多，但在其他的多层和高层建筑中，常选用的是内开窗，这主要是考虑了连接件的耐久性。而在国内，人们习惯选用的都是外开窗，主要原因是内开窗占用室内空间。而外开窗的不足之处就是连接件的寿命决定了塑钢窗的使用寿命，随着时间的推移、连接件的锈蚀，一个个外开窗将变成一个个危险源，这是从安全的角度来阐述这个问题。从经济的角度来讲，平开窗(悬窗)的配件越好，耐久性越好，但价格越高，这也是平开窗价格高于推拉窗的根本原因。1.2 推拉面虽然推拉窗在水密性和气密性等性能上不如平开窗，但其配件价格相对低廉，在安装塑钢推拉窗时，下框垫支不要使用易腐蚀的木块或竹片，应采用不易腐蚀的塑钢垫块，在窗框和墙体间使用发泡材料填充密实，这样就可以保证推拉窗的搭接量符合设计和规范要求，从而安全性和耐久性也有了保证。1.3 固定窗固定窗具有良好的水密性和气密性，空气很难形成对流，对流热损失极少，是节能效果最理想的窗，但不利于室内空气流通。所以在选用塑钢窗时，要从耐久性、建筑物的高度以及经济状况、人们的生活习惯和节能上来综合考虑。2.2.2 钢化玻璃在无框阳光窗上的应用这种新型窗采用高强度钢化玻璃、相应的五金配件联结大截面铝合金结构制成，它的全新设计使每扇窗户都既能左右移动，又能呈90。180。弧度开启逐块排列，而且整个阳台窗能根据住户的需要全面敞开，也可全部封闭，充分保留了阳台应有特性和功能。玻璃作为无框阳光窗的主要材料，其力学性能和安全性能直接制约着无框阳光窗的各项性能，同时对于无框阳光窗玻璃类型的选择也直接体现了阳光窗的风格。无框阳台窗使阳台具有很强的实用性，它能非常有效地挡风遮雨，隔断尘埃和噪音；合理的结构使每扇窗都能够向内开启，不必把身体探出外面擦窗，清洗十分安全、简单；因为没有垂直窗框，关上窗户时视线也毫无阻挡，最大限度地透入光亮，接近自然，带给你融于自然的清新感受，使阳台成为充分休闲的阳光室；而且从整个建筑的外形看，无框阳光窗完全不破坏建筑立面，使建筑物外形更显美观。并且无框窗具有以下优点10：1.采光性好。经实验测试，无框阳光窗采光效果比一般窗户高10%以上。每天开灯时间可晚一小时。同时能享受夜晚星象，增添情趣。2.隔热保温。无框阳光窗采用的中空玻璃传热系数比一般玻璃小2.5-4倍。有人在广东天热季节做过试验，在相同的环境条件下，一般玻璃窗的室内一天要开10次空调机，而在装有中空玻璃的室内只要开3次。3.隔音防噪声。无框窗的中空玻璃可以挡去30分贝以上噪声。 4.无框窗采用中旋的开启方式，便于气流回旋进入室内，即使隆冬季节也不会使寒风扑面，而是柔和地使室内空气变得清新；便于阳光窗的开关。第三章 薄板的小挠度弯曲问题及其经典解法在弹性力学中，一般将板划分成为：（1）薄膜，（2）具有小挠度的薄板，（3）具有大挠度的薄板，（4）厚板。板的厚度和刚度在很大程度上影响到板弯曲的性质，因而对不同厚度的板，需采用不相同的计算方法。薄板理论一般指小挠度薄板，它的理论研究发展的最为完善，它的基本假设比较符合于玻璃板的实际情况。3.1小挠度板理论13薄板的小挠度弯曲理论，是以三个计算假定为基础的（这些假定已被大量的实验所证实）。取薄板的中面为面，这些假定可以陈述如下：（1）垂直于中面方向的正应变，即 ，可以不计。取，则由几何方程中的第三式得，从而得 （3.1）这就是说，在中面的任一根法线上，薄板全厚度内的所有各点都具有相同的位移，也就等于挠度。由于作出了上述假定，我们必须放弃与有关的物理方程这样才能容许，而同时又容许。 （2）应力分量、和，远小于其余三个应力分量，因而是次要的，它们所引起的形变可以不计。因为不计及所引起的变形，所以有 ，于是由几何方程得，从而得 ， （3.2）与上相似，必须放弃与及有关的物理方程，这样才能容许及等于零，而又容许及不等于零。由于，可见中面的法线在薄板弯曲时保持不伸缩，并且成为弹性曲面的法线。因为不计所引起的形变，所以由物理方程有 （3.3）这就是说，薄板小挠度弯曲问题中的物理方程和薄板平面应力问题中的物理方程是相同的。（3）薄板中面内的各点都没有平行于中面的位移，即 ， （3.4）因为，所以由上式得出，这就是说，中面的任一部分，虽然弯曲成为弹性曲面的一部分，但它在面上的投影形状却保持不变。3.2 薄板的弹性曲面微分方程在弹性力学里，两个平行面和垂直于这两个平行面的柱面所围成的物体，称为平板，或简称为板，图2.1。这两个平行面称为板面，而这个柱面称为侧面或板边。两个板面之间的距离t称为板的厚度，而平分厚度t的平面称为板的中间平面，简称为中面。如果板的厚度t远小于中面的最小尺寸b，这个板就称为薄板，否则就称为厚板。图 3.1薄板示意图当薄板弯曲时，中面所弯成的曲面，称为薄板的弹性曲面，而中面内各点在横向的位移（即垂直于中面方向的），称为挠度。薄板的小挠度弯曲问题是按位移求解的，取为基本未知函数的是薄板的挠度。因此，把所有的其它物理量都用来表示，并建立的微分方程，即所谓弹性曲面微分方程。首先把形变分量、用来表示。将方程对进行积分，只是和的函数，不随而变 ，即得，其中的和是任意函数。应用方程（3.4），得和。可见：，于是可以把形变分量、用来表示如下： （3.5）在这里，由于挠度是微小的，弹性曲面在坐标方向的曲率及扭率可以近似地用表示为 ， （3.6）所以（3.5）式可以改写为 ， （3.7）因为因为曲率、和扭率完全确定了薄板所有各点的形变分量，所以这三者就称为薄板的形变分量。其次，将应力分量、 、用表示。由物理方程（3.3）求解应力分量可得： （3.8）将式（3.5）代入式（3.8），即得所需的表达式： （3.9）因为不随变化，所以这三个分量都和成正比。再其次，将应力分量及用来表示。在这里，因为不存在纵向荷载，所以有，而平衡微分方程中的前二项可以，写成，将表达式（3.9）代入，且，即得因为不随变化，将上面二式对进行积分，得其中及是任意的函数。在薄板的上面及下面有边界条件，应用以上边界条件求出及以后，即得表达式 （3.10）最后，将正应力分量也用此来表示，利用平衡微分方程中的第三项，取体力分量，得 （3.11）如果体力分量并不等于零，可以把薄板每单位面积内的体力和面力归入薄板上面的面力，一并用表示，以沿轴的正方向时为正： （3.12）这只会对最次要的应力分量引起误差，对其他的应力分量则毫无影响。其中，将表达式（2.10）代入式（2.11），得对进行积分，得 （3.13）其中是任意函数。在薄板下面有边界条件将式（3.14）代入上式，求出，再代回式（e），即得表达式 （3.14） 现在来导出的微分方程。在薄板的上面有边界条件其中是薄板每单位面积内的横向荷载，包括横向面力和横向体力，如式（3.12）所示。将表达式（3.14）代入上式，即得或 （3.15）其中 （3.16）称为薄板的弯曲刚度，它的量纲是是。其中（3.15）称为薄板的弹性曲面微分方程，是薄板小挠度弯曲问题的基本微分方程。3.3 边界条件以图示矩形板为例图3.21 固