Zur Erfassung der technischen Festigkeit von Glas

Abstract

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.