TP蓋板玻璃強(qiáng)度分析

1、tp蓋板玻璃強(qiáng)度分析 結(jié)構(gòu)部cae小組主要內(nèi)容 玻璃強(qiáng)度簡介 研究目的和意義 實(shí)驗(yàn)條件和仿真模型 結(jié)果及分析 結(jié)論 參考文獻(xiàn)2主要內(nèi)容 玻璃強(qiáng)度簡介 研究目的和意義 實(shí)驗(yàn)條件和仿真模型 結(jié)果及分析 結(jié)論 參考文獻(xiàn)3 玻璃微裂紋 隨著智能手機(jī)屏幕的不斷增大，玻璃成為整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重要的結(jié)構(gòu)件之一。而在破壞性 實(shí)驗(yàn)過程中，整機(jī)跌落測試常會(huì)出現(xiàn)tp蓋板玻璃破裂的情況 普通平板玻璃的理論強(qiáng)度大于10000mpa，但測試結(jié)果表明，玻璃的實(shí)際強(qiáng)度只有30 80mpa。影響玻璃實(shí)際強(qiáng)度的因素:如存放環(huán)境、表面機(jī)械加工、樣品尺寸、機(jī)械劃傷以及 內(nèi)部缺陷氣泡、結(jié)石等，其中微裂紋的存在對玻璃實(shí)際強(qiáng)度影響最大12

2、微裂紋產(chǎn)生的原因可歸納為內(nèi)部缺陷、表面反應(yīng)和表面磨損，但對強(qiáng)度影響較大的主要是 玻璃外表面的微裂紋12 玻璃切割過程中邊緣 產(chǎn)生的微裂紋 4玻璃微裂紋的產(chǎn)生 玻璃表面 玻璃原片采用熔融溢流法或浮法工藝制備，新制備玻璃的天然表面微裂紋數(shù) 量很少，尺寸很小 機(jī)械加工減薄研磨，拋光，致使表面微裂紋的大量產(chǎn)生 環(huán)境大氣中的h2o，致使玻璃表面發(fā)生應(yīng)力腐蝕而產(chǎn)生微裂紋3 玻璃表面 開裂 水分子 玻璃表面 5玻璃微裂紋的產(chǎn)生 玻璃邊緣 機(jī)械加工所致，其中包括切，磨，cnc ，鉆孔及拋光等。尤其是對玻璃進(jìn)行機(jī) 械切割，鉆孔將導(dǎo)致邊緣產(chǎn)生尺寸較大 的微裂紋2 環(huán)境大氣中的h2o，致使玻璃表面 發(fā)生應(yīng)力腐蝕 高

3、質(zhì)量的拋光能有效減小玻璃表面微裂紋尺 寸，高質(zhì)量的拋光與不拋光玻璃原片的強(qiáng)度 差異可達(dá)到1050左右2 一般而論，上下表面經(jīng)過精拋光減薄后，微 裂紋尺寸較小且數(shù)量較少，而邊緣由于機(jī)械 加工導(dǎo)致裂紋尺寸相對玻璃表面較大，且數(shù) 量相對較多，因而要重點(diǎn)關(guān)注邊緣裂紋情況化學(xué)鋼化玻璃 tp蓋板玻璃是玻璃原片經(jīng)過化學(xué)增加處理后得到的 化學(xué)增強(qiáng)法是在一定的溫度下把玻璃浸入到高溫熔鹽中，玻璃中的堿金屬離子與 熔鹽中的堿金屬離子因擴(kuò)散而發(fā)生相互交換，使玻璃表面（邊緣）形成一定厚度 的壓應(yīng)力層，壓應(yīng)力層使裂紋不易擴(kuò)展，從而提高了玻璃的強(qiáng)度16 cs：表面壓應(yīng)力值 國際大廠tp玻璃參數(shù) dol：壓應(yīng)力層深度 ct：

4、中心張應(yīng)力值 cs700mpa cs dol40um dol 厚 ct在40 80mpa之間 度 cs ct dol 化學(xué)鋼化玻璃厚度方向應(yīng)力分布圖 7化學(xué)鋼化玻璃 f：失效應(yīng)力 kic/yc：玻璃本征強(qiáng)度，受微裂紋尺寸最大值和化學(xué)鋼化玻璃表面和邊緣理論許用強(qiáng)度 尖端曲率半徑影響，與裂紋數(shù)量無關(guān) cs：表面壓應(yīng)力 ct：中心張應(yīng)力 k ic x：未知量 f cs x 對于表面強(qiáng)度，x與dol ct 厚度及裂紋形貌等 y c 因素有關(guān) 對于邊緣強(qiáng)度，x與dol ct及裂紋形貌等因素有 關(guān) 注：化學(xué)鋼化玻璃強(qiáng)度影響因素繁多，無法用具體的公 式來衡量；ct如何影響玻璃強(qiáng)度尚未收集到相關(guān)資料 各大廠家

5、tp玻璃主要為鋁硅酸鹽玻璃，組分差別不大，影響本征強(qiáng)度的主要是微裂紋尺寸 微裂紋尺寸的離散分布導(dǎo)致了玻璃強(qiáng)度大小不一，離散度較大3 玻璃厚度一定，則cs值越大，玻璃表面和邊緣強(qiáng)度越高7。但cs值不能無限增大。根據(jù)cs與ct之間的 關(guān)系（見下式），cs在增大的同時(shí)，ct值也在不斷增大，玻璃產(chǎn)生“自爆”的幾率也會(huì)變大 ct值大于玻璃的本征強(qiáng)度時(shí)，玻璃將發(fā)生自爆 由于邊緣微裂紋尺寸大于表面，因而當(dāng)dol值大于邊緣微裂紋尺寸最大值時(shí)，則dol對表面和邊緣強(qiáng)度 影響不大。當(dāng)dol值小于邊緣裂紋尺寸最大值時(shí)則對強(qiáng)度有較大影響7 cs dol ct t 2 dol t為玻璃厚度 8化學(xué)鋼化玻璃 根據(jù) p t

6、 2 7，構(gòu)件在受到相同載荷的情況下，其所受的應(yīng)力值與構(gòu)件厚度平方成反 比 對于tp玻璃，若要求兩種不同厚度的玻璃具有相同的最大承載能力（承受外力沖擊能力 ），則厚度小的玻璃應(yīng)該提高許用強(qiáng)度值。假設(shè)某種0.7mm厚tp玻璃的許用強(qiáng)度值為 700mpa，則其他厚度玻璃的許用強(qiáng)度值如下表所示 厚度（mm） 0.7 0.6 0.55 0.5 0.4 具有相同許用強(qiáng)度時(shí)所能 承受最大載荷（a.u.） 1 0.73 0.62 0.51 0.33 具有相同最大承載能力時(shí) 所要求的許用強(qiáng)度（mpa） 700 959 1129 1373 2121 提高tp玻璃許用強(qiáng)度的途徑： 1. 在一定范圍內(nèi)提高cs值 2

7、. 提高表面和邊緣加工質(zhì)量，減小裂紋尺寸最大值，增大裂紋尖端曲率半徑 3. 其他 9 廠家根據(jù)不同的鋼化工藝可以控制csct及dol值，在這三個(gè)數(shù)值的控制上各個(gè)廠家都相 對成熟，可在滿足三者關(guān)系的前提下（按前述公式）控制三者的數(shù)值大小8 tp玻璃表面和邊緣的裂紋分布情況因各廠家加工水平而異，受各廠家加工設(shè)備和加工工藝 影響。上述因素將共同影響tp玻璃的許用強(qiáng)度值 就tp玻璃而言，上下表面經(jīng)過精拋光減薄后，微裂紋尺寸較小，而邊緣由于機(jī)械加工導(dǎo)致 裂紋尺寸相對玻璃表面較大，導(dǎo)致玻璃邊緣的強(qiáng)度要比表面強(qiáng)度低 綜上所述，對于玻璃整體而言，邊緣失效強(qiáng)度要低于表面失效強(qiáng)度。整機(jī)自由跌落實(shí)驗(yàn)過 程中tp玻璃

8、的失效大多數(shù)是由邊緣裂紋受力擴(kuò)展所致。在用戶實(shí)際使用過程中則tp玻璃的 失效有邊緣裂紋受力擴(kuò)展情況，亦有表面裂紋擴(kuò)展的情況情況。因此需分別研究玻璃的表 面強(qiáng)度和邊緣強(qiáng)度 10市場出現(xiàn)的tp玻璃破裂案例 表面微裂紋受力擴(kuò)展 裂紋起始源 整機(jī)受扭而出現(xiàn)的裂紋 裂紋起始源 邊緣微裂紋受力擴(kuò)展11主要內(nèi)容 玻璃強(qiáng)度簡介 研究目的和意義 實(shí)驗(yàn)條件和仿真模型 結(jié)果及分析 結(jié)論 參考文獻(xiàn)12研究目的意義 在我司先前的整機(jī)跌落仿真計(jì)算中，tp蓋板玻璃的失效判據(jù)沒有明確，致使仿真結(jié)果不 能很好地指導(dǎo)實(shí)際整機(jī)設(shè)計(jì)。因而有必要對tp蓋板玻璃的仿真失效判據(jù)進(jìn)行研究 本文通過對0.69mm和0.6mm兩種厚度的tp蓋板

9、玻璃進(jìn)行落球沖擊實(shí)驗(yàn)，四點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn) 及相應(yīng)的仿真模擬，得出了tp蓋板玻璃在相應(yīng)實(shí)驗(yàn)條件下的失效應(yīng)力應(yīng)變，可在后續(xù) 相關(guān)破壞性實(shí)驗(yàn)仿真中作為失效判斷的大體依據(jù)。 本文還對不同厚度玻璃的落球沖擊強(qiáng)度及四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度的差異進(jìn)行分析，為后續(xù)tp玻璃 的選擇提供了依據(jù) 如前所述，tp玻璃強(qiáng)度受csctdol及裂紋分布等因素影響，不同廠家樣品的這些數(shù)值 都不一致。本文實(shí)驗(yàn)中所用樣品來自不同廠家，故本文得出的強(qiáng)度數(shù)據(jù)是在特定樣品條 件下得出，并不具有普遍性 13主要內(nèi)容 玻璃強(qiáng)度簡介 研究目的和意義 實(shí)驗(yàn)條件和仿真模型 結(jié)果及分析 結(jié)論 參考文獻(xiàn)14尺寸測定 本文實(shí)驗(yàn)中所用的玻璃樣品為康寧2319，小片強(qiáng)化工

10、藝 根據(jù)相關(guān)技術(shù)資料，該玻璃原片的2.42g/cm3，u0.21，e71.5gpa。化學(xué)鋼化之后玻 璃的，u，e值均有微小變化，為簡化研究過程，在本實(shí)驗(yàn)中這些細(xì)微變化不予以考慮 0.69mm和0.6mm玻璃樣品（t069和t060）外形一致（如圖所示），只是厚度不一致。打 樣廠家分別為廣州星星光電和惠州比亞迪 t069玻璃樣品5pcs，利用三次元測量三圍尺寸并求均值，為125590.7（其中油墨厚度 0.01，玻璃實(shí)際厚度0.69）?？紤]到油墨對強(qiáng)度幾乎沒有影響，因而在后續(xù)仿真模擬中玻 璃的整體厚度以0.69計(jì)算 t060玻璃樣品5pcs，利用三次元測量厚度求均值，為0.6 15表面應(yīng)力測定

11、t069和t060玻璃樣品的cs，dol值采用表面應(yīng)力儀測定，ct值通過cs和dol值按前述 公式計(jì)算得出，測試樣品數(shù)量為5pcs，結(jié)果取均值，如下表所示 從測試結(jié)果可知t069和t060玻璃樣品cs均值相差80.2mpa，cs值得差異會(huì)對強(qiáng)度結(jié)果產(chǎn) 生一定影響 t069玻璃ctdol及cs值 t060玻璃ctdol及cs值 t069編號 csmpa dol（m） ctmpa t060編號 csmpa dol（m） ctmpa 1 764.90 46.20 59.13 1 844.70 38.20 61.63 2 756.10 46.50 58.89 2 840.30 38.20 61.31

12、3 761.30 46.50 59.30 3 841.10 38.10 61.18 4 763.20 47.30 60.63 4 839.30 38.00 60.87 5 759.60 46.30 58.87 5 840.70 38.10 61.15 均值 761.02 46.56 59.36 均值 841.22 38.12 61.23 標(biāo)準(zhǔn)差 3.40 0.43 0.73 標(biāo)準(zhǔn)差 2.06 0.08 0.28 16邊緣質(zhì)量 t060玻璃邊緣顯微圖片 t069玻璃邊緣顯微圖片 某att玻璃邊緣顯微圖片 放大倍數(shù) 100 放大倍數(shù) 100 放大倍數(shù) 100 純粹從顯微圖片中很難看出t060和t0

13、69兩種不同廠家玻璃邊緣質(zhì)量的差異，但 從上圖可以看出，小片鋼化玻璃的邊緣質(zhì)量要比大片鋼化（atttologs）玻璃 邊緣質(zhì)量好 17測試方法 玻璃強(qiáng)度常用測試方法5 三點(diǎn)彎曲：準(zhǔn)靜態(tài)測試，玻璃常規(guī)抗折強(qiáng)度表征 四點(diǎn)彎曲：準(zhǔn)靜態(tài)測試，彎曲強(qiáng)度表征，強(qiáng)度數(shù)值主要由玻璃邊緣加工質(zhì)量決定 雙環(huán)強(qiáng)度測試：準(zhǔn)靜態(tài)測試，玻璃表面強(qiáng)度表征，不受邊緣加工質(zhì)量影響 落球沖擊：動(dòng)態(tài)測試，玻璃表面沖擊強(qiáng)度表征 整機(jī)自由跌落過程中tp玻璃處于動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)的過程，因而在本實(shí)驗(yàn)中，利用落球 沖擊試驗(yàn)對玻璃表面強(qiáng)度進(jìn)行研究。由于沒有很好的動(dòng)態(tài)測試方法表征玻璃的邊 緣強(qiáng)度，因此在本實(shí)驗(yàn)中利用四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度值表征玻璃的邊緣強(qiáng)度 18四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度實(shí)驗(yàn) 玻璃放置時(shí)與支撐，加載桿垂直 每片玻璃實(shí)驗(yàn)完后用毛刷清理支撐桿 和加載桿上的碎玻璃顆粒，以免對下次實(shí) 驗(yàn)造成影響 測定邊緣強(qiáng)度時(shí)將玻璃壓碎為止，記 錄此時(shí)加壓治具加壓載荷（彈力）和加壓 距離 注： 20mm 四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度公式是在應(yīng)力應(yīng)變呈線