Obciążenia eksploatacyjne w szybach wielokomorowych Część 3: obliczenia naprężenia w szybach

Tabela 2. Obciążenie wypadkowe, ugięcie i naprężenie w szybach przy wzroście ciśnienia atmosferycznego o 3 kPa

Przeprowadzone obliczenia wykazały, że obciążenia, ugięcia i naprężenia w analizowanych szybach dwukomorowych są do 70% większe od odpowiednich wielkości dla szyb jednokomorowych. Po dodaniu kolejnej komory wzrost ten dochodzi do 150%.

Wraz ze wzrostem wymiarów ugięcia wzrastają niewiele, co było już pokazane w części 2, natomiast naprężenia w analizowanym zakresie wymiarów szyb maleją – przy większych wymiarach interakcja gazu w komorach jest większa, przez co znacznie zmniejszają się wypadkowe obciążenia działające na szybę.

Przykład 2.

Wpływ zróżnicowania grubości szyb na działające na nie naprężenia

 Obliczenia przeprowadzono, jak w przykładzie 1, z tym, że grubość szyby ex zwiększono do 8 mm – jak w przykładzie 4 z części 2.

Przeprowadzona przez autora analiza wykazała, że zwiększenie sztywności jednej z szyb zewnętrznych, przy braku zmiany grubości pozostałych jest najbardziej niekorzystnym układem w przypadku obciążenia zmianami ciśnienia i temperatury.

Najbardziej obciążona jest wtedy szyba niepogrubiona, usytuowana po przeciwległej stronie zestawu.

Przedstawione w tabeli 3 wyniki obliczeń dotyczą pogrubionej szyby ex i niepogrubionej szyby in.

Na postawie przeprowadzonych obliczeń stwierdzono, że zwiększenie sztywności szyby ex doprowadziło do zwiększenia naprężenia w niepogrubionej szybie in.

Dla danych, jak w tabeli 3 wzrost ten wynosi 55-77% w porównaniu do zestawu szyb o jednakowej grubości 4 mm.

Tabela 3. Obciążenie wypadkowe, ugięcie i naprężenie w szybach przy wzroście ciśnienia atmosferycznego o 3 kPa i zwiększeniu grubości szyby ex do 8 mm 

Obliczenia krytycznej szerokości szyb

 Jak wynika z analizowanych przykładów przy większych wymiarach zestawów naprężenia w szybach maleją, dla małych rozmiarów również są niewielkie – należy więc się spodziewać, że przy danym stosunku wymiarów s=b/a istnieje krytyczna szerokość, dla której naprężenia są największe.

Dla zestawów jednokomorowych problem ten był analizowany w artykule zamieszczonym w „Świecie Szkła” 1/2005 [2].

Przykład 3.

Obliczenia krytycznej szerokości szyb

 Wyniki odpowiednich obliczeń przedstawiono w formie wykresów zależności maksymalnego naprężenia w szybach od ich szerokości przy niezmiennym stosunku wymiarów s=1,5.

Wykresy na rys. 2 dotyczą szyby ex, dla danych jak w przykładzie 1, natomiast na rys. 3 przedstawiono naprężenia w szybie in, dla danych jak w przykładzie 2.

Rys. 2. Wpływ szerokości zestawu na naprężenie w szybie ex - opis w tekście

Rys. 3. Wpływ szerokości zestawu na naprężenie w szybie in przy zwiększeniu grubości szyby ex - opis w tekście

Na podstawie przedstawionych na rysunkach 2 i 3 wykresów wykazano, że największe naprężenia w szybach występują przy szerokościach zbliżonych do krytycznych.

Szerokość krytyczna zależy od konstrukcji szyby. Dla zestawu bazowego (rys. 2) wynosi ona w przybliżeniu 30 cm w przypadku jednej komory, 34 cm przy dwóch komorach i 39 cm przy trzech komorach.

Przy zwiększeniu sztywności szyby ex (rys. 3) szerokość ta wynosi odpowiednio: 35 cm, 40 cm i 45 cm.

Przeprowadzone przez autora obliczenia wykazały również, że zmiana wartości obciążenia ma minimalny wpływ na szerokość krytyczną.

Przykład 4.

Szerokość krytyczna dla różnych typów obciążeń.

 Aby stwierdzić, czy szerokość krytyczna jest jednakowa dla wszystkich rodzajów obciążeń przy określonej konstrukcji szyby na rys 4 zestawiono przykładowe dane.

Analizowano naprężenia w szybie in w zestawie trójkomorowym o konstrukcji, jak w przykładzie 2.

Zestawiono naprężenia spowodowane zwiększeniem ciśnienia atmosferycznego o 3 kPa (jak w przykładzie 2), spowodowane zróżnicowaniem temperatury gazu w komorach (jak w przykładzie 7 w części 2) oraz naprężenia przy jednoczesnym działaniu obu tych wpływów.

Rys. 4. Naprężenia w przykładowej szybie dla różnych rodzajów obciążeń - opis w tekście

Na podstawie przedstawionych obliczeń można stwierdzić, że szerokość krytyczna zależy nie tylko od konstrukcji szyby, ale tez od rodzaju obciążenia.

Dla obciążenia przykładową zmianą ciśnienia atmosferycznego szerokość ta wynosi około 45 cm, dla przykładowego obciążenia temperaturowego 51 cm a przy działaniu obydwu tych obciążeń jednocześnie 49 cm.

Podsumowanie

 Przedstawione w analizowanych przykładach wyniki obliczeń mają oczywiście charakter modelowy.

Zostały uzyskane po przyjęciu pewnych założeń dotyczących sposobu podparcia szklanych płyt w zestawie, wielkości stałych materiałowych i innych parametrów, od których zależy wielkość obciążenia, ugięcia i naprężenia w rzeczywistych zestawach szyb.

Na przykład bardzo trudne, a często wręcz niemożliwe jest określenie rzeczywistych wartości początkowych parametrów gazu w komorze p₀, T₀.

Tym niemniej wykazano, że proponowany model obliczania obciążenia, ugięcia i naprężenia w szybach zespolonych pozwala na analizę wielu przydatnych w praktyce zależności oraz identyfikację korzystnych i niekorzystnych układów konstrukcyjno-materiałowych szyb zespolonych w kontekście działających na nie obciążeń klimatycznych.