Browsing by Author "Stahn, Dieter"

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    Bruchgefährdung von thermoschockbelasteten Glasscheiben
    (Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1977) Stahn, Dieter; Kerkhof, Frank
    Am Beispiel von thermoschockbelasteten Spiegelglasscheiben mit Randrissen wird gezeigt, wie eine durch das Zusammenwirken von äußerer Belastung und Oberflächenverletzungen bedingte Bruchgefährdung von Glasgegenständen unter verschärften Bedingungen theoretisch erfaßt werden kann. Die Aussagen der bruchmechanischen Festigkeitsanalyse und Ergebnisse von experimentellen Untersuchungen stimmen weitgehend überein. Dies bestätigt zugleich die Leistungsfähigkeit einer hier erstmals auf ein Wärmespannungsproblem angewandten neuen Methode zur Berechnung von Spannungsintensitätsfaktoren. The danger of fracture by thermal shock loading of glass plates Using the example of thin flat glass plates with edge cracks stressed by thermal shock, it is shown how the danger of fracture of glass articles arising from the interaction of external loads with surface defects can be theoretically determined under severe conditions. The results of the fracture mechanics strength analysis and those of experimental investigations agree well. This also confirms the validity of a new method for calculating stress intensity factors which is applied here for the first time to a thermal stress problem. Le risque de casse dans des vitrages soumis à un choc thermique En prenant comme exemple des vitrages en glace polie qui présentaient des fissures sur leur pourtour et que l'on a soumis à un choc thermique, an montre comment il est possible d'analyser théoriquement le risque de casse d'objets en verre soumis, dans des conditions sévères, aux effets conjugués d'une sollicitation extérieure et de détériorations superficielles. Les conclusions de l'analyse de la résistance basée sur la mécanique des fractures et les résultats de recherches expérimentales sont en bon accord. Ceci confirme également la validité d'une nouvelle methode de calcul des facteurs d'intensité des contraintes appliquée ici pour la première fois à un problème de contraintes thermiques.
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    Festigkeit von Glas Zur Abhängigkeit von Belastungsdauer und -verlauf
    (Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1981) Kerkhof, Frank; Richter, Herbert; Stahn, Dieter
    Die Abhängigkeit der Glasfestigkeit von der Einwirkungsdauer der Belastung kann bekanntlich auf das langsame Wachstum von unter Zugspannung stehenden gefährlichsten Fehlern in den Glasgegenständen zurückgeführt werden. In der vorliegenden Arbeit werden als relevante Einflußparameter die Fehlergröße, der Belastungsverlauf und das umgebende Medium - vor allem feuchte Luft und Wasser - untersucht. Für die Fälle einer zeitlich konstanten, gleichmäßig zunehmenden und zyklisch wechselnden Spannung sind Formeln zur Vorhersage der Belastbarkeit von Glasgegenständen mit bekannter Anfangsrißtiefe zusammengestellt. Ist - wie im Normalfall - die Größe des gefährlichsten Fehlers nicht bekannt, so lassen sich solche Aussagen nur auf statistischer Grundlage gewinnen, wozu die für Einzelrisse hergeleiteten Beziehungen sinngemäß für Verteilungen formuliert werden. Außerdem sind experimentelle Untersuchungen der Autoren dargestellt, die einen Vergleich der rechnerisch erhaltenen Resultate mit Versuchsergebnissen ermöglichen. Strength of glass - On the dependence of loading history It is known that the dependence of the strength of glass on the duration of loading can be explained by the slow growth under tensile stresses of the most dangerous cracks in the glass objects under consideration. The relevant influencing parameters investigated in the present work are the defect size, the loading history and the surrounding medium, especially humidity and water. Formulas for the prediction of strength and lifetime of glass objects with known initial crack depths have been compiled for the cases of constant, uniformly increasing, and cyclic stresses. If the size of the most dangerous defect is not known, which is most often the case, such predictions can only be achieved from a statistical basis; corresponding relations for distributions are then formulated from those derived for single cracks. Moreover, experimental investigations by the authors are described, which allow a comparison between calculations and test results. Résistance des verres — La dépendance en fonction de la durée et de l'histoire de chargement II est bien établi que la dépendance de la résistance à la rupture des verres en fonction de la durée d'application des contraintes peut être expliquée par la croissance lente sous l'effet de contraintes de traction des défauts les plus dangereux existant dans les objets testés. Les paramètres déterminants étudiés dans ce travail sont la taille des défauts, le type de chargement et le milieu ambiant, particulièrement l'air humide et l'eau. On a compilé des formules permettant la prédiction de la résistance à la rupture et de la durée de vie d'objets en verre avec des défauts initiaux de profondeur connue dans les cas de forces constantes, uniformément croissantes et cychques. Quand la taille du plus dangereux défaut n'est pas connue, ce qui est en général le cas, de telles prédictions ne peuvent être obtenues qu'à partir de données statistiques; dans ce cas on utilise les relations valables pour une fissure unique et les adapte au cas d'une distribution de fissures. De plus, quelques résultats expérimentaux sont décrits afin de les comparer aux prédictions théoriques.
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    Möglichkeiten zur Verbesserung von Bearbeitungsvorgängen an Glas auf Grund von Bruchuntersuchungen
    (Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1980) Stahn, Dieter; Schinker, Martin; Döll, Walter; Sommer, Erwin
    Erkenntnisse aus grundlegenden Untersuchungen zur Ausbreitung von Einzelrissen bezüglich des Bruchgeschwindigkeitsverhaltens und der Richtungsstabilität werden für angestrebte Verbesserungen zweier unterschiedlicher Bearbeitungsvorgänge an Glas eingesetzt: zur Erzeugung hochwertiger Schnittflächen beim Schneiden dicker Flachgläser entlang vorgegebener Sollgeraden und beim Hochgeschwindigkeitsschleifen von Glas mit Einzeldiamanten. Die dazu verwendeten Verfahrens- und Meßtechniken sowie die bisher erziehen Ergebnisse werden vorgestellt. Possibilities of improving cold working processes of glass on the basis of investigations of fracture Knowledge gained from fundamental investigations of propagation of individual cracks involving their velocity of propagation and directional stability have been applied to improve two different processes in working cold glass: the production of high quality fracture surfaces when cutting thick flat glass along predetermined paths and the high velocity grinding of glass with individual diamond particles. The methods developed and the results already obtained are discussed. Possibilités d'amélioration de l'usinabilité du verre par des études fractométriques On a utilisé les résultats d'études fondamentales sur la propagation de fissures et notamment sur la vitesse de propagation des fissures et la stabilité directionnelle pour améliorer deux opérations d'usinage du verre: l'obtention de surfaces de coupe impeccables lors de la découpe de volumes de verre plat épais le long d'une droite donnée et le doucissage à grande vitesse du verre à l'aide des particules individuelles de diamants. On présente la technologie et les méthodes de mesure employées ainsi que les résultats obtenus jusqu'ici.
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    Wärmespannungen in großflächigen Verglasungen
    (Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1977) Stahn, Dieter
    Um zur Verminderung von Schadensfällen an großflächigen Verglasungen im Bauwesen beizutragen, wurden Spannungsfelder untersucht, die durch praxisnahe Tem-peraturverteilungen in den Scheibenflächen hervorgerufen werden. Eine häufige Ursache für derartige Temperaturdifferenzen ist, insbesondere bei wärmeabsorbierenden Gläsern, die Einwirkung von Sonnenstrahlung bei teilweiser Abschattung der Scheiben. Dabei können die Zugspannungen, die infolge rahmenbedingter Abschattung der Scheibenränder entstehen, durch die Wirkung zusätzlicher Schatten beachtlich erhöht werden. Die betrachteten Temperaturverteilungen wurden entweder durch theoretische Ansätze vorgegeben oder in Laborversuchen realisiert und mit Hilfe eines Infrarot-Fernsehsystems vermessen. Die daraus resultierenden Wärmespannungen wurden mit Hilfe eines Finite-Elemente-Programms bestimmt. Thermal stresses in large area glass units As a contribution to reducing the incidence of failures in large area glass units of buildings, temperature distributions similar to those which occur in practice were induced in the surfaces of sheets of glass and the resulting stress fields were investigated. A frequent cause of such temperature differences, particularly in heat-absorbing glass, is the partial shading of the glass from solar radiation. Tensile stresses in the edges of the sheet, arising from the shading effect of the frame, can be significantly increased by the effect of additional shading. The temperature distributions considered were either based on theoretical models or simulated in laboratory tests and measured with an infrared television system. The resulting thermal stresses were determined using a finite element program. Contraintes thermiques dans les vitrages prsentant de grandes surfaces Afin de contribuer à réduire les cas de bris survenant à des vitrages pour le bâtiment qui présentent une surface importante, on étudie les champs de contraintes provoqués par des distributions de température proches de la pratique à la surface de ces vitrages. Une cause fréquente des différences de température, en particulier dans le cas de verres absorbant la chaleur, est l'action du rayonnement solaire lorsqu'une partie des vitrages est à l'ombre. Dans ce cas, les contraintes de traction qui prennent naissance lorsque les bords du vitrage sont protégés par l'encadrement peuvent se trouver notablement accrues par l'effet d'ombres supplémentaires. Les distributions de température prises en considération sont fournies soit par des évaluations théoriques, soit par des essais en laboratoire et elles sont mesurées ä l'aide d'un système de télévision utilisant le rayonnement infrarouge. Les contraintes thermiques qui en résultent sont déterminées ä l'aide d'un programme ä éléments finis.
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    Zum Einfluß spezieller Schattenkonfigurationen auf die Wärmespannungen in sonnenbeschienenen Glasscheiben
    (Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1981) Stahn, Dieter; Seidelmann, Ulrich
    Dieser Beitrag setzt eine frühere Arbeit fort, worin für großflächige Fenster aus wärmeabsorbierendem Glas mit Hilfe eines Finite-Elemente-Programms berechnet wird, welche Wärmespannungen unter Einwirkung von Sonnenstrahlung bei teilweiser Abschattung der Scheiben entstehen. Die höchsten Zugspannungen treten an den Scheibenrändern auf; die maximalen Randzugspannungen können deutlich erhöht sein, wenn neben rahmenbedingten Abschattungen noch zusätzliche Schlagschatten wirksam sind. In der vorliegenden Arbeit wird der Einfluß einer als besonders gefährlich eingeschätzten Schattenkonfiguration mit einer keilförmigen Grenze von erwärmtem zu abgeschattetem Scheibenbereich systematisch untersucht, wobei die Größe des Keilwinkels variiert wird. Effect of special shading patterns on thermal stresses in sunlit glass panes This contribution continues a previous finite dement analysis of effect of partial shading of heat-absorbing building glass from solar. The highest tensile stresses occur at the edges of the pane; the maximum edge tensile stresses, arising from the shading effect of the frame, can be significantly increased by the effect of additional shading. In this work, the influence of a particularly dangerous shading patradiation tern bordered by two intersecting diagonal shading lines is investigated by systematicaUy varying the included angle. De l'influence des configurations speciales d'ombre sur les contraintes thermiques dans des vitrages ensoleillés Cette étude fait suite à un travail antérieur dans lequel on étudie à l'aide d'un programme aux éléments finis les contraintes thermiques indultes par le rayonnement solaire dans une fenêtre en verre absorbant lorsqu'une partie du vitrage est à l'ombre. Les contraintes de tension maximales se produisent au bord du vitrage et peuvent être notablement accrues lorsque d'autres ombres s'ajoutent à celle introduite par l'encadrement. Dans ce travail on a étudié systématiquement l'influence d'une configuration d'ombre estimée particulièrement dangereuse, à savoir celle produisant une frontière en forme de coin entre une partie de vitrage chauffée et une partie de vitrage à l'ombre, l'angle de ce coin étant variable.
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    Zum Verhalten von Rissen in schockgekühlten Glashohlzylindern
    (Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1977) Stahn, Dieter
    Als ein Beitrag zum Problem der Festigkeit von thermo-schockbelastetem Röhren- und Behälterglas wurden Auswirkungen von Kühlschocks auf Glashohlzylinder untersucht, an deren Innenmantel definierte Oberflächenanrisse vorgegeben waren. Eine theoretische bruchmechanische Analyse, die für kontinuierliche Axial- und Umfangsrisse gleichmäßiger Tiefe durchgeführt wurde, liefert bei gegebener Schockhöhe Vorhersagen über die Mindesttiefe eines erweiterungsfähigen Risses, über Bruchauslösezeiten in Abhängigkeit von der Rißtiefe sowie zum Verlauf und Ausmaß der Rißausbreitung in den betrachteten Zylindern. Die Tendenzen dieser Aussagen konnten durch Experimente an Glashohlzylindern mit kleinen, künstlich erzeugten Ausgangsrissen weitgehend verifiziert werden. Das Rißwachstum nach Ausmaß, Richtung und Geschwindigkeit wurde bei der nachträglichen mikroskopischen Bruchflächeninspektion aus natürlichen oder mit Hilfe von Ultraschall aufgeprägten Markierungen bestimmt. On the behavior of cracks in shock-cooled glass cylinders As a contribution to the problem of the strength of glass pipes and containers subjected to thermal shock loading, the effect of shock cooling on glass cylinders was investigated, whose inner surfaces contained defined surface cracks. A theoretical fracture mechanics analysis of continuous axial and circumferential cracks of constant depth enabled predictions to be made for a given shock magnitude of the minimum crack depth for crack extension to occur, of the times to fracture and their dependence on crack depth, and of the development and extent of crack propagation in the cylinders under consideration. These predictions could be largely confirmed albeit qualitatively by the results of experiments on glass cylinders containing small, artificially-induced precracks. The extent, direction and speed of crack growth were determined by subsequent analysis of either natural or ultrasonically induced fracture surface markings. Etude du comportement des fissures dans des cylindres de verre creux refroidis rapidement Dans le but d'apporter une contribution à l'étude du problème de la résistance de tubes ou de récipients en verre refroidis brusquement, on a étudié l'influence d'un choc thermique sur des cylindres creux en verre sur la surface intérieure desquels on avait provoqué des fissures d'im-portance déterminée. Une analyse théorique du processus de fragmentation obtenu dans le cas oü l'on réalise une rayure axiale et circulaire continue et de profondeur constante, permet de prédire, pour un choc thermique déterminé, la profondeur minimale de la fissure susceptible de continuer à se propager, la durée pendant laquelle la fissure continuera à se propager en fonction de la profondeur ainsi que l'évolution et l'importance de l'extension de la fissuration dans les cylindres considérés. On a pu vérifier davantage les tendances déduites des prévisions en effectuant des essais sur des cylindres creux en verre présentant de faibles fêlures produites artificiellement aux extrémités. La croissance des fissures, en ce qui concerne leurs dimensions, leur direction et leur vitesse de propagation a été déterminée ä partir d'un examen microscopique ultérieur de la surface de fracture résultant d'une gravure naturelle ou réalisée ä l'aide d'ultra-sons.
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    Zur Erfassung der technischen Festigkeit von Glas
    (Offenbach : Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 1978) Stahn, Dieter
    Die Charakterisierung der technischen Festigkeit von Glas durch einen einzigen Bruchspannungswert bereitet bekanntlich grundsätzliche Schwierigkeiten, die insbesondere zutage treten, wenn ein solcher Wert vom Hersteller für die verschiedensten Anwendungen von Glas gewährleistet werden soll. Ausgehend vom bruchmechanischen Konzept wird deshalb für diesen Fall die folgende differenzierende Vorgehensweise vorgeschlagen: Nach einer vorangegangenen Klassifizierung der in der Praxis normalerweise vorkommenden mechanischen Angriffe auf die Oberflächen von Glasgegenständen mit Hilfe von zweckmäßigerweise einheitlich festzulegenden Schädigungsarten werden Bruchspannungswerte an entsprechend vorgeschädigten Laborproben unter Berücksichtigung verschiedener Belastungs- und Umgebungsbedingungen bestimmt. Damit erhält der Hersteller eine Reihe von gewährleistbaren Orientierungsdaten für das Festigkeitsverhalten seines Produktes im praktischen Einsatz, durch die auch Berechnungen zur Dimensionierung von Glasgegenständen auf eine verbesserte Grundlage gesteht werden können. Als konkretes Beispiel wurde die Minderung der Biegezugfestigkeit durch einzelne, definiert vorgegebene Oberflächenrisse an entspannten Floatglasscheiben untersucht. Die Risse mit einer gleichmäßigen, reproduzierbaren Tiefe von 0,1 mm können als Extremverletzung einer Glasoberfläche im normalen praktischen Einsatz eingestuft werden. Zur Vermeidung unerwünschter Berandungseinflüsse wurden die Glasproben (100 x 100 x 5 mm³) nach dem Doppelring-Verfahren belastet, wobei eine konstante Belastungsgeschwindigkeit von rund 100 N/mm² min¯¹ vorgegeben war. Der Mittelwert der so erhaltenen Bruchspannungswerte beträgt 24,9 N/mm² bei einer Standardabweichung von < 4%. Es wurde ferner die Auswirkung von mehrfachen derartigen Rissen im zweiachsigen Spannungsfeld untersucht. On determining the effective strength of glass Characterizing the effective strength of glass by a single value is well known to involve several fundamental difficulties especially if this value is to be relied on for a range of different uses. Starting from the concepts of fracture mechanics the method is proposed: after classifying the mechanical attack of glass surfaces usually found in practice with the help of appropriate simply defined types of damage, fracture stresses are determined on correspondingly damaged laboratory test pieces in relevant loading conditions and environments. In this way a manufacturer may obtain an appropriate series of test data relating to the use of his product in practical conditions. These may be used in calculating the dimensions of glass articles on a sounder basis. As an explicit example the decrease in bending strength of unstressed float glass produced by individual defined surface cracks was investigated. Uniform cracks of reproducible depth of 0.1 mm can be considered as an extreme limit of damage usually found in practice on the glass surface. To avoid unwanted edge effects samples 100 x 100 x 5 mm³ were loaded by the double ring technique at a constant rate of about 100/mm² min¯¹ The mean fracture stress was thus found to be 24.9 N/mm² with a Standard deviation of < 4%. The effect of many such cracks in a biaxial stress field was also investigated. La notion de résistance technique du verre On sait que la caractérisation de la résistance technique du verre par une seule valeur de la charge à la rupture pose des problèmes de principe, surtout dans le cas où le fabricant devrait garantir une teile valeur pour les diverses utüisations de ce verre. On propose une méthode basée sur les principes de la mécanique de la rupture: partant d'une classification antérieure des détériorations mécaniques que subissent couramment les surfaces de verre, on définit un certain nombre de déteriorations-types que l'on fait subir à des éprouvettes dont on détermine alors la charge à la rupture en tenant compte des conditions de mise sous charge et de l'environnement. Le fabricant obtient ainsi une série de valeurs qui lui permet de se faire une idée plus exacte de la résistance du produit en cours d'utilisation et qui peut aussi constituer une base plus solide pour le calcul des dimensions d'un objet à réaliser. Comme exemple concret, on étudie l'abaissement de la résistance à la flexion de carreaux de verre flotté recuit présentant des fissures bien caractérisées. Les fissures d'une profondeur égale et reproductible de 0,1 mm peuvent être considérées comme des détériorations extrémes pour un usage courant. Afin d'éliminer les influences des bords on a appliqué la méthode des deux anneaux aux éprouvettes (100 x 100 x 5 mm³) avec une vitesse de mise sous charge d'environ 100 N/mm² min¯¹ La valeur moyenne des charges à la rupture obtenues s'élève à 24,9 N/mm² avec un écart-type de < 4%. On a étudié ensuite l'influence de plusieurs de ces fissures sur des éprouvettes soumises à un effort biaxial.