Ze względu na naprężenie usztywniające polimerową międzywarstwę (folię laminującą) wynikającą z przylegania do odłamków szkła do folii, szkło laminowane zachowuje znaczną sztywność i wytrzymałość nawet po rozbiciu (pęknięciu) wszystkich jego warstw.
Rys. 1. (a) Pęknięta płyta ze szkła laminowanego i (b) schematyczny widok pękniętego szkła laminowanego pod wpływem jednoosiowego rozciągania
W artykule przedstawiono ujednoliconą analizę, która pasuje do przypadku rozbitego/stłuczonego szkła hartowanego. Charakteryzuje się ono małymi odłamkami (kawałkami szkła po rozbiciu) mniej więcej tej samej wielkości. Usztywnienie naprężeniowe jest oceniane/szacowane jako zaburzenie/perturbacje naprężeniowe, określane przez komplementarną minimalizację energii w zależności od kształtu panela szklanego.
Pozwala to na dokładne oszacowanie sztywności efektywnej w płaszczyźnie po spękaniu szkła, która silnie zależy, oprócz sztywności międzywarstwy (foli laminującej), od wielkości odłamków szkła i przyczepności/ adhezji szkło-polimer. Rozszerzenie modelu na przypadek stłuczenia/pęknięcia laminowanych płyt szklanych pod obciążeniem równym względem dwóch osi.
Zaletą proponowanej metody jest możliwość wyjaśnienia zjawisk dyfuzji naprężeń w prostych terminach matematycznych, co pozwala na uzyskanie prostych wzorów do oszacowania efektywnej sztywności szkła laminowanego w fazie po stłuczeniu (post-breakage). Porównania eksperymentalnych badań z analizami numerycznymi potwierdzają trafność proponowanego podejścia ujednoliconego.
Rys. 2. Część elementarna zawarta między dwiema płaszczyznami pęknięcia
Wprowadzenie
Szkło stosowane do celów konstrukcyjnych jest często szkłem bezpiecznym. Do tej kategorii zalicza się szkło laminowane, czyli kompozyt utworzony z dwóch (lub więcej) warstw szkła połączonych cienką polimerową przekładką (folią laminującą) w procesie zachodzącym w wysokiej temperaturze i ciśnieniu w autoklawie. Rola międzywarstwy (folii laminującej) jest dwojaka…
W fazie poprzedzającej pęknięcie szkła folia laminująca pozwala na przeniesienie naprężeń ścinających pomiędzy warstwami szkła – dzięki temu bezwładność na zginanie elementu ze szkła laminowanego jest większa niż suma bezwładności odizolowanych warstw szkła.
Po stłuczeniu panelu ze szkła laminowanego, odłamki szkła pozostają przytwierdzone do polimeru (folii laminującej) – w ten sposób cały panel zachowuje pewną spójność/spoistość. Zapewnia to niewielką, ale znaczącą nośność, co pozwala uniknąć obrażeń spowodowanych nagłym/katastrofalnym zawaleniem konstrukcji szklanej.
Wiele analiz teoretycznych i badań eksperymentalnych poświęcono ocenie właściwości izolacyjnych akustycznej szkła laminowanego, natomiast bardzo mało jest prac dotyczących reakcji po pęknięciu/stłuczeniu szkła laminowanego, chociaż jest to silnie związane z wymogami bezpieczeństwa, głównie zależnymi od rodzaju uderzenia i dynamicznego oddziaływania.
Wiele norm nakazuje stosowanie, w przypadku szkła konstrukcyjnego, metody projektowania konstrukcji szklanej odpornej na uszkodzenia, typowej dla projektowania samolotów, gdzie dopuszcza się, że jeden lub więcej komponentów może ulec awarii w sytuacjach ekstremalnych, ale bez uszczerbku/naruszenia ogólnej stabilności systemu konstrukcyjnego.
Celem tej metody projektowania jest sprawdzenie, czy w przypadku częściowego lub całkowitego rozdrobnienia/fragmentacji elementów szklanych w wyniku przypadkowych działań, zachowana jest wystarczająca sztywność i wytrzymałość, aby wytrzymać ciężar własny i obciążenia stałe, a także część obciążeń użytkowych, zapobiegając w ten sposób zagrożeniu ze strony spadających materiałów.
Reakcja szkła laminowanego w fazie pokrytycznej jest w dużym stopniu zależna od mostkowania/zakleszczania pomiędzy sąsiadującymi fragmentami szkła zapewnionego przez polimer (odłamki szklane są przyklejone do folii laminującej) – zależy więc od wydłużenia międzywarstwy i delaminacji/rozwarstwienia od odłamków szkła w pobliżu pęknięć warstw szklanych.
Czynniki wpływające na reakcję po pęknięciu (w fazie pokrytycznej) to:
- właściwości przylegania/adhezyjne szkłomiędzywarstwa (folia laminująca),
- sztywność międzywarstwy, zależna od rodzaju polimeru, temperatury i czasu trwania obciążenia,
- wielkość i kształt odłamków szkła, na które wpływ ma rodzaj szkła i obróbka, jakiej zostało poddane,
- grubości szkła, rodzaju obciążenia, szybkości obciążenia i rodzaj ograniczeń/skrępowania (type of constraints).
Godne uwagi jest to, że przyleganie fragmentów szkła powoduje usztywnienie naprężeniowe folii polimerowej, która w przeciwnym razie wykazywałaby znikome właściwości mechaniczne.
