Numerical Investigations of the Crack Resistance of Ion-Strengthened Sheet Glass Under Bending Strains
The safety of reliable operation of aircraft and their durability essentially depend on the strength of the glazing, which is a critical structural element. There are a number of different requirements for glazing. To provide the necessary parameters, high-strength silicate glass is widely used, and...
Збережено в:
| Дата: | 2021 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English Russian |
| Опубліковано: |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
2021
|
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/240572 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Energy Technologies & Resource Saving |
Репозитарії
Energy Technologies & Resource Saving| id |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-240572 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Energy Technologies & Resource Saving |
| collection |
OJS |
| language |
English Russian |
| format |
Article |
| author |
Гонтаровский, П. П. Сметанкина, Н. В. Угримов, С. В. Гармаш, Н. Г. Мележик, И. И. |
| spellingShingle |
Гонтаровский, П. П. Сметанкина, Н. В. Угримов, С. В. Гармаш, Н. Г. Мележик, И. И. Numerical Investigations of the Crack Resistance of Ion-Strengthened Sheet Glass Under Bending Strains |
| author_facet |
Гонтаровский, П. П. Сметанкина, Н. В. Угримов, С. В. Гармаш, Н. Г. Мележик, И. И. |
| author_sort |
Гонтаровский, П. П. |
| title |
Numerical Investigations of the Crack Resistance of Ion-Strengthened Sheet Glass Under Bending Strains |
| title_short |
Numerical Investigations of the Crack Resistance of Ion-Strengthened Sheet Glass Under Bending Strains |
| title_full |
Numerical Investigations of the Crack Resistance of Ion-Strengthened Sheet Glass Under Bending Strains |
| title_fullStr |
Numerical Investigations of the Crack Resistance of Ion-Strengthened Sheet Glass Under Bending Strains |
| title_full_unstemmed |
Numerical Investigations of the Crack Resistance of Ion-Strengthened Sheet Glass Under Bending Strains |
| title_sort |
numerical investigations of the crack resistance of ion-strengthened sheet glass under bending strains |
| title_alt |
Численные исследования трещиностойкости ионоупрочненного листового стекла при изгибных деформациях Чисельні дослідження тріщиностійкості іонозміцненного листового скла при згинних деформаціях |
| description |
The safety of reliable operation of aircraft and their durability essentially depend on the strength of the glazing, which is a critical structural element. There are a number of different requirements for glazing. To provide the necessary parameters, high-strength silicate glass is widely used, and special technologies for its strengthening are used. The analysis of the problem showed that the insufficient strength of aircraft glazing elements and the complexity of methods for monitoring the state of glass during production and operation due to the presence of microscopic surface defects, as well as the need for a reliable assessment of residual stresses, require that there be used new approaches and technical solutions for the development of modern technologies for creating structures. Ion exchange is one of the glass strengthening mechanisms, which makes it possible to reduce the negative effect of surface defects by artificially creating residual compressive stresses and reducing the thickness of the damaged layer. Computational studies, under bending strains, of the crack resistance of ion-exchange strengthened sheet glass were carried out using an in-house FEM-based software package developed to study the thermally stressed states of structures. The results obtained showed that the strength of real sheet glass fracture due to tensile stresses in bending is determined by crack-like surface defects. The creation of residual compressive stresses on the glass surface by ion exchange strengthening provides an increase in bending strength. With an increase in residual stresses and the depth of their distribution, the effect of ion-exchange treatment increases. If the depth of the zone of compressive stresses due to ion-exchange strengthening is much less than the depth of the surface crack, then the strength of the glass depends little on the maximum compressive stresses on the surface. The effect of ion-exchange strengthening increases significantly in the case of a decrease in the depth of the surface crack. The expediency of further research and comparison of calculation results with experimental data are shown. The developed technique will make it possible to solve important practical problems in studying the strength of the aircraft multilayer glazing and determining the optimal methods for eliminating defects. |
| publisher |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
| publishDate |
2021 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/240572 |
| work_keys_str_mv |
AT gontarovskijpp numericalinvestigationsofthecrackresistanceofionstrengthenedsheetglassunderbendingstrains AT smetankinanv numericalinvestigationsofthecrackresistanceofionstrengthenedsheetglassunderbendingstrains AT ugrimovsv numericalinvestigationsofthecrackresistanceofionstrengthenedsheetglassunderbendingstrains AT garmašng numericalinvestigationsofthecrackresistanceofionstrengthenedsheetglassunderbendingstrains AT meležikii numericalinvestigationsofthecrackresistanceofionstrengthenedsheetglassunderbendingstrains AT gontarovskijpp čislennyeissledovaniâtreŝinostojkostiionoupročnennogolistovogosteklapriizgibnyhdeformaciâh AT smetankinanv čislennyeissledovaniâtreŝinostojkostiionoupročnennogolistovogosteklapriizgibnyhdeformaciâh AT ugrimovsv čislennyeissledovaniâtreŝinostojkostiionoupročnennogolistovogosteklapriizgibnyhdeformaciâh AT garmašng čislennyeissledovaniâtreŝinostojkostiionoupročnennogolistovogosteklapriizgibnyhdeformaciâh AT meležikii čislennyeissledovaniâtreŝinostojkostiionoupročnennogolistovogosteklapriizgibnyhdeformaciâh AT gontarovskijpp čiselʹnídoslídžennâtríŝinostíjkostííonozmícnennogolistovogosklaprizginnihdeformacíâh AT smetankinanv čiselʹnídoslídžennâtríŝinostíjkostííonozmícnennogolistovogosklaprizginnihdeformacíâh AT ugrimovsv čiselʹnídoslídžennâtríŝinostíjkostííonozmícnennogolistovogosklaprizginnihdeformacíâh AT garmašng čiselʹnídoslídžennâtríŝinostíjkostííonozmícnennogolistovogosklaprizginnihdeformacíâh AT meležikii čiselʹnídoslídžennâtríŝinostíjkostííonozmícnennogolistovogosklaprizginnihdeformacíâh |
| first_indexed |
2024-09-01T17:37:41Z |
| last_indexed |
2024-09-01T17:37:41Z |
| _version_ |
1809016172779143168 |
| spelling |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-2405722021-09-30T12:33:58Z Numerical Investigations of the Crack Resistance of Ion-Strengthened Sheet Glass Under Bending Strains Численные исследования трещиностойкости ионоупрочненного листового стекла при изгибных деформациях Чисельні дослідження тріщиностійкості іонозміцненного листового скла при згинних деформаціях Гонтаровский, П. П. Сметанкина, Н. В. Угримов, С. В. Гармаш, Н. Г. Мележик, И. И. The safety of reliable operation of aircraft and their durability essentially depend on the strength of the glazing, which is a critical structural element. There are a number of different requirements for glazing. To provide the necessary parameters, high-strength silicate glass is widely used, and special technologies for its strengthening are used. The analysis of the problem showed that the insufficient strength of aircraft glazing elements and the complexity of methods for monitoring the state of glass during production and operation due to the presence of microscopic surface defects, as well as the need for a reliable assessment of residual stresses, require that there be used new approaches and technical solutions for the development of modern technologies for creating structures. Ion exchange is one of the glass strengthening mechanisms, which makes it possible to reduce the negative effect of surface defects by artificially creating residual compressive stresses and reducing the thickness of the damaged layer. Computational studies, under bending strains, of the crack resistance of ion-exchange strengthened sheet glass were carried out using an in-house FEM-based software package developed to study the thermally stressed states of structures. The results obtained showed that the strength of real sheet glass fracture due to tensile stresses in bending is determined by crack-like surface defects. The creation of residual compressive stresses on the glass surface by ion exchange strengthening provides an increase in bending strength. With an increase in residual stresses and the depth of their distribution, the effect of ion-exchange treatment increases. If the depth of the zone of compressive stresses due to ion-exchange strengthening is much less than the depth of the surface crack, then the strength of the glass depends little on the maximum compressive stresses on the surface. The effect of ion-exchange strengthening increases significantly in the case of a decrease in the depth of the surface crack. The expediency of further research and comparison of calculation results with experimental data are shown. The developed technique will make it possible to solve important practical problems in studying the strength of the aircraft multilayer glazing and determining the optimal methods for eliminating defects. 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. 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. Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2021-09-30 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/240572 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 24 No. 3 (2021): ; 27-34 Проблемы машиностроения; Том 24 № 3 (2021): ; 27-34 Проблеми машинобудування; Том 24 № 3 (2021): ; 27-34 2709-2992 2709-2984 en ru https://journals.uran.ua/jme/article/view/240572/239380 https://journals.uran.ua/jme/article/view/240572/239381 Copyright (c) 2021 Pavlo P. Hontarovskyi, Н. В. Сметанкина, С. В. Угримов, Н. Г. Гармаш, И. И. Мележик http://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |