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Feb 19, 2024

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日付: 2023 年 6 月 30 日 著者: S. Karlsson、M. Kozłowski、L. Grund、SAK Andersson、KCE Haller & K. Persson 出典: Construction and Building Materials、第 391 巻、Elsevier DOI:

日付: 2023 年 6 月 30 日

著者: S. カールソン、M. コズウォフスキー、L. グランド、SAK アンダーソン、KCE Haller、K. ペルソン

ソース：建設および建築資材、第 391 巻、エルゼビア

土井：https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.131748

この論文では、ガラス強度の非破壊検査方法について説明します。 アニールしたフロートガラスの正方形の 10 × 10 cm2 サンプルに、2 N、5 N、および 10 N の力でビッカース微小押し込み誘起亀裂を使用して大気側の中央に制御された欠陥を付け、押し込みのない基準と比較しました。 サンプルは非線形音響波法を使用して非破壊的にテストされ、欠陥値が得られました。 欠陥値の平均は、対数対対数の関係で押し込み力と直線的に相関することがわかりました。 その後、等二軸応力状態を可能にするリングオンリング設定でサンプルをテストしました。 押し込みによる亀裂により、45 ～ 110 MPa の範囲の実際に現実的な強度値が得られました。 正規化された欠陥値の関数としての破損応力の個々のサンプル値は線形傾向を示し、データの約半分が 95% 信頼限界内にあります。 要約すると、この研究はガラスの強度の非破壊試験の最初の概念実証を提供します。

ケイ酸塩ガラスの強度は、引張荷重がかかったときに非常に高い応力を生成する亀裂先端での応力集中によって大きく制限されます[1]、[2]、[3]。 表面の亀裂、傷、欠陥は、ガラス製品の製造、輸送、取り扱い、使用中に必然的に形成されます [4]、[5]。 これらの表面欠陥がなければ、ガラスの固有強度は約 10 GPa [5]、[6] となり、これは他の多くの材料をはるかに上回ります [7]。 ただし、ガラスの破壊靱性 (KIc) は一般に 0.6 ～ 0.8 MPa.m 1/2 [7] と低く、これによりガラスの実用的な強度は数桁に及びます [8]。これは図 1 で例示できます。湿度などの環境条件もガラス表面に影響を与えるため、いわゆる亜臨界亀裂の成長や応力腐食における持続的な負荷の下で亀裂が成長し、静的疲労につながる可能性があります (図 1) [9]。

ガラスの強度には大きなばらつきがあるため、ガラス製品 [5]、特に耐荷重材料として使用されるガラスには広範な安全対策を講じる必要があります [13]。 従来のフロートガラスの破壊強度試験では通常 30 ～ 100 MPa の強度値が得られます [14]。これは 30 ～ 400 μm の亀裂に相当します (KIc = 0.75 MPa.m 1/2)。 EN 16612 (2019) によれば、短期負荷焼鈍フロートガラスの 5% 破壊曲げ強さ (いわゆる特性値 Xc) は 45 MPa、つまり 5 秒以下であり、それより長い期間では、これは、負荷期間に対して提案されたさまざまな係数によって低下します。 窓ガラスの断熱ガラスユニット (IGU) で使用する場合 [15]、研磨エッジを備えた焼き鈍しフロートガラスの設計強度 (EN 16612) は、突風 (負荷継続時間 5 秒以下) に対しては 25 MPa まで低下しますが、従来型の場合は、突風に対して 25 MPa まで低下します。 IGU のキャビティ圧力変動 (8 時間の負荷継続)、それは 14.5 MPa (カットされたままのエッジで 14.5 × 0.8 = 11.6 MPa) まで低下します。 ほとんどの場合、これはガラス強度の過小評価につながり、不必要に厚いガラスを使用することになります。

建築的および構造的なガラスの使用 [16] が増加しています [17]。 先進国では人間は一般に時間の 80 ～ 90% 以上を屋内で過ごすため、建築用ガラスは建物に自然光を取り入れるために不可欠です [18]、[19]。 したがって、安全性と環境の両方の観点から、ガラスの強度を理解することは非常に重要ですが、これは現在、大規模な破壊実験試験なしには不可能です[20]。 一方、ガラスの非破壊検査 (NDT) は持続可能な開発に向けた自然な手段であり [21]、これも将来ガラス産業に大きな影響を与える可能性があります。 ガラス強度の NDT に考えられる用途のいくつかを以下に示します。