Annealed Glass Failure Modelling: A Weakest-Link Approach with Statistical Analysis

Forskningsoutput: AvhandlingDoktorsavhandling (sammanläggning)

Abstract

Glas är ett genomsiktligt material som används i byggnader för att utforma miljöer som är ljusa och upplevs som öppna. Modernt byggnadsglas används i konstruktioner som utsätts för betydande laster jämfört med ett traditionellt fönsterglas. Som exempel kan nämnas trappsteg, balustrader, golv, tak och väggpaneler där glasets geometriska utformning kan vara mer eller mindre komplex. Det finns ett behov av att utveckla metoder som kan användas för att dimensionera moderna glaskonstruktioner. En följd av bristen på metoder är att stora säkerhetsfaktorer måste tillgripas. Det medför att materialåtgången blir onödigt stor vilket leder till tunga konstruktioner med extra produktionskostnader och större energiåtgång under transporten från glasverket till byggarbetsplatsen. Avhandlingsarbetet syftar till att utveckla modeller för hållfastheten och metoder som kan användas för att göra förutsägelser om styrkan i avancerade glaskonstruktioner. I förlängningen kan modellerna tillämpas i beräkningshjälpmedel som används av konstruktören.

En genomgång av forskningslitteraturen resulterade i en bred sammanställning av hållfasthetsmätningar. Dessa har använts för att pröva en rad hypoteser om glasets hållfasthet och för att anpassa en nydanande modell för kanthållfastheten. Bland annat undersöktes hur de vanligast förekommande bearbetningarna av glaskanten påverkar den uppmätta hållfastheten. I teorin är glas ett mycket starkt material. I praktiken är emellertid hållfasthetsvärdet begränsat och förknippat med en betydande statistisk spridning. Experiment visar även att brottets läge sällan sker just där den största påkänningen finns. Spridningen i uppmätt hållfasthet kan förklaras genom att anta att glasytan är bemängd med en mångfald mikroskopiska defekter som har vissa slumpmässiga egenskaper. Defekterna uppstår på grund av olika betingelser redan under framställningen, hanteringen, transporten och senare medan glaset brukas och underhålls. I närheten av defekterna koncentreras spänningarna och når kritiska nivåer som leder till brott. Därför är glas ett sprött material som tenderar att gå till brott till synes utan förvarning. I avhandlingsarbetet har hållfasthetsmodeller utvecklats som bygger på att defekterna representeras av plana sprickor med en förenklad geometrisk konfiguration. Beräkningsmodellerna tillämpades på fallstudier inbegripet en avancerad glaskonstruktion i en lokal i en offentlig byggnad. Konstruktionsdelen utsätts för en mjuk stötlast som i princip motsvarar utfallet av att en människa av en olyckshändelse faller in mot glaset. Tillämpningar gjordes även i ett studium av glasplattor som böjs till brott under kontrollerade former i experiment. En möjlighet är att använda modellerna som beräkningshjälpmedel i certifieringsprocesser av glaskonstruktionsdelar för att minska behovet av dyra och tidskrävande experiment. En annan möjlighet är att införliva vissa av metoderna i befintliga beräkningshjälpmedel som redan används av glasbranschen i Sverige för att utföra effektivare dimensionering av konstruktioner.

Detaljer

Författare
Enheter & grupper
Forskningsområden

Ämnesklassifikation (UKÄ) – OBLIGATORISK

  • Annan samhällsbyggnadsteknik

Nyckelord

Originalspråkengelska
KvalifikationDoktor
Handledare/Biträdande handledare
Tilldelningsdatum2021 feb 19
Förlag
  • Structural Mechanics, Lund University
Tryckta ISBN978-91-7895-709-5
Elektroniska ISBN978-91-7895-710-1
StatusPublished - 2021
PublikationskategoriForskning

Nedladdningar

Ingen tillgänglig data

Relaterad forskningsoutput

David Kinsella & Kent Persson, 2018, Challenging Glass 6. Louter, C., Bos, F. & Belis, J. (red.). TU Delft, 12 s. (Challenging Glass Conference Proceedings).

Forskningsoutput: Kapitel i bok/rapport/Conference proceedingKonferenspaper i proceeding

Visa alla (4)

Related projects

Visa alla (1)