一种超薄玻璃钢化过程中热应力仿真方法技术

本发明专利技术涉及一种超薄玻璃钢化过程中热应力仿真方法，包括如下步骤：S1、创建超薄玻璃板钢化模型，选择一组垂直喷射射流的超薄玻璃板为应力仿真对象，建立超薄玻璃的计算域，计算域包括喷嘴内部流场区域、喷嘴与玻璃板交界流场区域、玻璃板固体场区域，S2、定义材料属性，实体建模之后需将模型离散成网格模型，通过定义单元属性和网格生成控制，首先定义玻璃的弹性模量E和泊松比μ，然后将流场域材料设为空气，设置玻璃的热物理参数随温度的变化；为超薄钢化玻璃热应力仿真提供了精确数值，提高了应力仿真结果的精确性，从中选择合适的玻璃淬冷优化方案，为今后进一步研究提供方案。为今后进一步研究提供方案。为今后进一步研究提供方案。

【技术实现步骤摘要】
一种超薄玻璃钢化过程中热应力仿真方法


[0001]本专利技术涉及一种超薄玻璃钢化过程中热应力仿真方法。

技术介绍

[0002]随着光伏产业的发展，钢化玻璃的质量要求越来越高，钢化玻璃厚度也越做越小，但现今市面上测应力装置都无法实时瞬态的测量玻璃的应力变化。测试玻璃应力一般有两种方法：通过正交偏光来观察残余应力以及通过传感器贴片测试表面应力，但这两种方法都有各自的弊端，正交偏光法观察残余应力无法测试应力成型过程，只能等应力成型后进行测试，而通过传感器测试也存在一些问题，由于所用玻璃的厚度极薄传感元件无法精确测量，且钢化过程温度在695℃左右，应力仪的敏感元件无法承受，同时还会因为射流冲击导致玻璃板产生的微弱震动导致位移频率无法测量等一系列问题，导致测试结果误差极大。但由于市场的要求，因此必须对钢化过程进行研究。
[0003]目前，采取的方式主要是仿真模拟，但目前对玻璃板的仿真主要选取的材料属性一般都定性为弹塑性体，但这是不准确的。玻璃在加热过程中，会产生应力松弛，玻璃的形态会从弹塑性体慢慢转变为粘弹性体，玻璃的比热容、传热系数、热膨胀系数都会随温度的变化而产生非线性变化。超薄玻璃在钢化过程中同时受热流固三场耦合作用的影响也为仿真计算带来一些难度。同时，近年来的玻璃钢化仿真研究基本都是对喷嘴阵列排布进行研究，对不同工况下，不同喷嘴的效果，基本也没有考虑，最后由于玻璃钢化过程物理场较为复杂，需要对流场域网格进行加密，因此网格数和计算难度也由此加大。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是：为了解决目前超薄钢化玻璃仿真时可能存在的计算复杂、后续难以优化的问题，现提供了一种超薄玻璃钢化过程中热应力仿真方法。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种超薄玻璃钢化过程中热应力仿真方法，包括如下步骤：
[0006]S1、创建超薄玻璃板钢化模型，选择一组垂直喷射射流的超薄玻璃板为应力仿真对象，建立超薄玻璃的计算域，计算域包括流体域和固体域，流体域包括喷嘴内部流场区域和喷嘴与玻璃板交界流场区域，固体域即为玻璃板固体场区域；
[0007]S2、定义材料属性，实体建模之后需将模型离散成网格模型，通过定义单元属性和网格生成控制，首先定义玻璃的弹性模量E和泊松比μ，然后将流场域材料设为空气。设置玻璃的热物理参数随温度的变化，根据已知文献资料，拟合出玻璃的比热容c
p
、导热系数λ和热膨胀系数α随温度变化的关系式，来定义玻璃的比热容c
p
、导热系数λ和热膨胀系数α；
[0008]S3、对超薄玻璃模型及其计算域进行网格划分，固体连接处和流体交界处均采用共节点网格。根据真实模拟环境，将超薄玻璃模型的固体域和流体域进行域分割，调整边界单元数后分别生成固体域网格和流体域网格；
[0009]S4、定义物理场，对网格模型施加相同的边界条件和设置固体场、流场、温度场三
场耦合作用，将玻璃板底面固定，固体物理模型选择应力场计算，设置玻璃的初始温度为953K，将喷嘴流域四周设置为壁面，温度设置为实际进气温度，喷嘴内部流场区域的入口为速度入口，喷嘴与玻璃板交界流场区域的出口设置为压力出口；
[0010]S5、加载求解器，将模型设置好的物理场加载上求解器。设置可变参数为参数化扫描，分别对厚度h为1.5mm、2mm和3mm，射流高度与喷嘴底面等效直径的比值H/D为0.2、0.4、0.6、0.8和1.0，以及射流雷诺数Re为8000、15000和20000的单孔喷嘴模型进行计算；
[0011]S6、结果分析，对先前的求解器的计算仿真结果进行分析。首先，与普通玻璃钢化过程以及玻璃成型时热应力变化的理论研究结果进行比对，然后，分析不同参数下玻璃热应力的成型效果，从中选出最优解，从而提高玻璃淬冷效率；
[0012]S7、更改喷嘴模型形状，反复重复上述步骤，直至全部算完结束。通过结果分析，各喷嘴的优劣，从中选择喷嘴的最佳形状的最优解。这为超薄钢化玻璃热应力仿真提供了精确数值，提高了应力仿真结果的精确性，从中选择合适的玻璃淬冷优化方案，为今后进一步研究提供方案。
[0013]优选地一些实施方式，在步骤S1中，对超薄玻璃模型进行简化处理时，因为超薄玻璃钢化模型关于XOZ平面和YOZ平面均能够对称，因此为了减少计算网格数，在建立模型时只需建立1/4模型即可。选取的喷嘴形状可以圆柱、圆台或其他，喷嘴能以任一角度进行仿真，反复实验，选取适当的射流淬冷方案。
[0014]优选地一些实施方式，在步骤S2中，在计算玻璃钢化过程的热应力时，玻璃的将有弹塑性体逐步转变为粘弹性体，对应力松弛状态下残生的残余应力结果有明显影响，对此通过拟合出玻璃的比热容c
p
、导热系数λ和热膨胀系数α随温度变化的关系式来更加准确计算玻璃蠕变过程的热应力变化。
[0015]优选地一些实施方式，在步骤S3中，在划分面网格时，为了减少计算网格和计算时间选取了超薄玻璃钢化图形的1/4，的对流体域部分采用“O”形网格划分并进行扫掠，固体域则在单个域内进行“O”形网格扩散到四边并进行扫掠。流体域设置边界层，增长因子为1.2，层数为3层。
[0016]优选地一些实施方式，在步骤S4中，对超薄玻璃计算域进行流场、温度场和固体场进行耦合计算，将玻璃板底面固定，固体物理模型选择应力场计算，设置玻璃的初始温度为953K。将喷嘴流域四周设置为壁面，温度设置为实际进气温度，喷嘴内部流场区域的入口为速度入口，喷嘴与玻璃板交界流场区域的出口设置为压力出口，同时计算范围为超薄钢化玻璃的1/4模型，因此在模型对称交界面处，均设置为对称约束。
[0017]优选地一些实施方式，在步骤S5和步骤S6中，单次计算同时改变玻璃板厚度h、射流高度与喷嘴底面等效直径的比值H/D和射流雷诺数Re，减少计算次数，简化计算难度与计算时间，同时测试不同参数下热应力变化情况，选取最优解，提高超薄玻璃淬冷效率。
[0018]优选地一些实施方式，在步骤S7中，更改喷嘴模型形状，反复重复上述步骤，通过结果分析，各喷嘴的优劣，从中选择喷嘴的最佳形状的最优解。这为超薄钢化玻璃热应力仿真提供了精确数值，提高了应力仿真结果的精确性，从中选择合适的玻璃淬冷优化方案，为今后进一步研究提供方案。
[0019]本专利技术的有益效果是：
[0020](1)选取的喷嘴形状可以圆柱、圆台或其他，喷嘴能以任一角度进行仿真，反复实
验，选取适当的射流淬冷方案。
[0021](2)在计算玻璃钢化过程的热应力时，玻璃的将有弹塑性体逐步转变为粘弹性体，对应力松弛状态下残生的残余应力结果有明显影响，对此通过拟合出玻璃的比热容c
p
、导热系数λ和热膨胀系数α随温度变化的关系式来更加准确计算玻璃蠕变过程的热应力变化。
[0022](3)因为超薄玻璃钢化模型关于XOZ平面和YOZ平面均能够对称，因此为了减少计算网格数，从而提高计算时间和仿真效率，在建立模型时只需建立1/4模型。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超薄玻璃钢化过程中热应力仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、创建超薄玻璃板钢化模型，选择一组垂直喷射射流的超薄玻璃板为应力仿真对象，建立超薄玻璃的计算域，计算域包括流体域和固体域，流体域包括喷嘴内部流场区域和喷嘴与玻璃板交界流场区域，固体域即为玻璃板固体场区域；S2、定义材料属性，实体建模之后需将模型离散成网格模型，通过定义单元属性和网格生成控制，首先定义玻璃的弹性模量E和泊松比μ，然后将流场域材料设为空气，设置玻璃的热物理参数随温度的变化，并拟合出玻璃的比热容c
p
、导热系数λ和热膨胀系数α随温度变化的关系式，来定义玻璃的比热容c
p
、导热系数λ和热膨胀系数α；S3、对超薄玻璃模型及其计算域进行网格划分，固体连接处和流体交界处均采用共节点网格，根据真实模拟环境，将超薄玻璃模型的固体域和流体域进行域分割，调整边界单元数后分别生成固体域网格和流体域网格；S4、定义物理场，对网格模型施加相同的边界条件，设置固体场、流场、温度场三场耦合作用，将玻璃板底面固定，固体物理模型选择应力场计算，设置玻璃的初始温度，将喷嘴流域四周设置为壁面，温度设置为实际进气温度，喷嘴内部流场区域的入口为速度入口，喷嘴与玻璃板交界流场区域的出口设置为压力出口；S5、加载求解器，将模型设置好的物理场加载上求解器，并设置可变参数为参数化扫描，分别对厚度、射流高度与喷嘴底面等效直径的比值以及射流雷诺数的单孔喷嘴模型进行计算；S6、结果分析，对先前的求解器的计算仿真结果进行分析，首先，与普通玻璃钢化过程以及玻璃成型时热应力变化的理论研究结果进行比对，然后，分析不同参数下玻璃热应力的成型效果，从中选出最优解，从而提高玻璃淬冷效率；S7、更改喷嘴模型形状，反复重复上述步骤，直至全部算完结束，通过结果分析，各喷嘴的优劣，对不同喷嘴形状的研究，从中选择喷嘴的最佳形状的最优解。2.根据权利要求1所述的一种超薄玻璃钢化过程中热应力仿真方法，其特征在于，在步骤S1中...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁建宁，严健宇，朱科钤，程广贵，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：