浮法玻璃退火过程及其应力的数值模拟

摘要

本文概述了玻璃退火理论及其发展过程，浮法玻璃退火工艺和有限元理论。做了玻璃热冲击破坏实验，并以实验测得数据为初始条件进行热应力数值模拟，定性比较计算机数值模拟和物理试验的结果，认为两者之间相吻合，可以用ANSYS软件模拟玻璃的退火过程。 模拟了结构应力的产生过程，发现结构应力产生于玻璃膨胀系数开始变小的567℃，也就是说玻璃在进入退火窑B区之前就有应力产生，而A区的冷却速度比较快，这对于玻璃的退火是不利的。同时计算玻璃完成退火后永久应力的大小。 通过计算玻璃条纹对永久应力的影响发现：玻璃条纹处产生很大的应力，且应力的大小与条纹宽度有关，条纹越窄应力值越大。 根据退火窑生产日志记录的C区出口介质温度，模拟了浮法玻璃在C区冷却过程中在厚度方向形成的温差应力；从C区横截面流体热分析，可知窑内流体温度分布和流动情况；计算了由流体温差导致的玻璃板横向温差应力。发现在玻璃带的边部上表面形成很大的张应力，其值为17.09MPa，与玻璃的抗张强度相差不大，很容易造成玻璃带纵向炸裂。而玻璃以理想条件快速冷却，大约以C区冷却速度的4倍冷却时所产生的最大张应力为18.6 MPa。可见玻璃板上下表面不等速冷却和边部冷却过快是影响C区冷却速度的主要因素。

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第1章绪论

1.1课题背景

1.2退火的定义和目的

1.3玻璃中的应力及其成因

1.3.1暂时应力

1.3.2永久应力

1.3.3结构应力

1.4玻璃退火理论

1.4.1 Admas-Williamson退火理论

1.4.2 Adams-Williamson退火理论的不足和发展

1.4.3变温下退火理论

1.5浮法玻璃退火窑及其理论

1.5.1退火窑现状

1.5.2浮法玻璃退火理论的发展

1.6本论文工作的目的、意义及主要内容

第2章ANSYS软件在热模拟分析中的应用

2.1有限元法

2.2 ANSYS简介

2.3传热学基础理论

2.3.1温度场

2.3.2热传递方式

2.3.3导热微分方程

2.3.4定解条件

2.4 ANSYS在热分析应用中准确性验证

2.4.1玻璃板热应力实测实验

2.4.2物理实验的数值模拟

2.5本章小结

第3章永久应力的数值模拟

3.1模拟参数的计算

3.1.1玻璃材料性能的计算

3.1.2膨胀系数的计算

3.1.3边界条件的计算

3.2数值模型的建立

3.2.1模拟方案

3.2.2数值模型及网格划分

3.3永久应力的计算

3.3.1结构应力的计算

3.3.2剩余温差应力的计算

3.4玻璃条纹对永久应力的影响

3.4.1数值模型的建立

3.4.2模拟结果

3.5本章小结

第4章C区应力的数值模拟

4.1 C区纵向冷却的数值模拟

4.1.1理想条件下C区冷却的模拟

4.1.2 C区存在板上板下温差的模拟

4.2 C区玻璃带横向温差应力的数值模拟

4.2.1 C区流体热分析

4.2.2玻璃带横向温差的数值模拟

4.2.3玻璃带横向温差应力的数值模拟

4.3本章小结

结论

参考文献

致谢

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