隐框玻璃幕墙温度应力的有限元分析开题报告

1. 研究目的与意义

研究背景：构件式玻璃幕墙按面板固定形式分为三类：明框玻璃幕墙、隐框玻璃幕墙和半隐框玻璃幕墙。其中隐框玻璃幕墙自1994年开始在我国投入使用后迅速掀起了一股“隐框玻璃幕墙热”，时至今日，隐框玻璃幕墙在高层建筑中的应用仍然占很大比重。

然而，随着使用年限的增加及使用量的增多，玻璃幕墙的质量问题越来越突出，其危害性已逐渐表现出来，如：玻璃幕墙的光污染问题、吸热作用产生的热岛效应问题，尤其是幕墙存在的安全隐患问题。既有玻璃幕墙在长期自然力作用以及热应力作用下，必然存在材料老化、损伤、脱落问题，支承结构松动，造成玻璃破碎、炸裂甚至整体脱落，成了城市上“定时炸弹”。

研究目的： 玻璃幕墙中玻璃面板需要承受风荷载、雪荷载、温度应力和地震作用。此次隐框玻璃幕墙温度应力的有限元分析目的在于找出玻璃面板在不同条件下所产生的温度应力的分布规律。研究意义： 大量试验研究表明，在冬天的早晨，位于东南面及南面的幕墙在八、九点钟最容易发生热断裂现象；经过加工切割的玻璃边缘一般会产生裂缝、刮痕等缺陷，允许应力有所降低(一般边缘应力降低1/4 左右)，当温度应力产生时，这些缺陷使玻璃会在低应力作用下就发生破坏。而通过对玻璃幕墙温度应力的有限元分析，就可以找出玻璃面板在不同温差下或不同尺寸下的温度应力分布规律，从而有效避免类似问题的发生，这对提高玻璃幕墙使用的安全性具有重要意义。

2. 研究内容和预期目标

为进一步了解隐框玻璃幕墙温度应力的分布规律，本课题主要采用 ansys 有限元分析软件对隐框玻璃在内外温差作用下的应力分布进行模拟分析从而研究隐框玻璃幕墙在内外温差作用下温度应力的分布规律，从而有效避免玻璃幕墙的热破裂现象，进而加强玻璃幕墙的安全性和实用性。

影响玻璃温度应力分布规律的因素很多，如玻璃约束形式、玻璃厚度、玻璃长宽比、内外温差、对流、辐射等。在此主要研究内外温差不同时对玻璃内部应力分布规律的影响；在内外温度一定时，玻璃长宽比对玻璃温度应力的影响规律。

目前，很多学者对玻璃幕墙进行了有限元分析研究，得到了一些规律性的结论。但大部分是基于边界固定约束或简支式约束，与设计结果相比，固定约束计算值偏大；而简支式约束由于应力得到释放，结果与计算值相比偏小。根据以上不足，采用弹簧约束单元 combin14 来模拟结构胶的剪切变形,进而进行建模分析。

3. 研究的方法与步骤

涉及复杂几何形状、荷载和材料特性的问题通常不能得到解析形式的数学解答，因此我们需要依靠数值方法得出可以接受的解答，此处采用有限元法。有限元法是基于把分析的对象分成许多单元，单元与单元之间由节点联结。把单元节点的位移和作用于节点上的荷载之间的关系用代数方程组形式表达，以节点位移或节点内力，或者是以节点位移和内力一起作为未知量，那对象的分析就成为求解一个大型线性方程组，就使得很多解析方法无法求解的问题得以解决。不论多么复杂的系统，利用有限元法进行分析，它都是这么一个“标准”的过程。此处运用ansys建模进行有限元分析。

（1）采用热应力耦合单元 solid5 模拟玻璃在温差作用下的温度应力分布和变形规律，建立模型尺寸。

（2)由于玻璃是脆性材料，其破坏多是在最大主应力的方向受拉或受压破坏，故玻璃破坏采用最大主应力准则。

4. 参考文献

［1］ 蒋 静. 浅谈我国建筑幕墙的发展趋势[j]. 幕墙专栏，2012(2)：9-11.

［2］ 马眷荣，陈永定，陈汝谐. 建筑玻璃的热炸裂机理探讨[j]. 中国建筑材料科学研究院学报，1991，3(2)：76-82.

［3］ 童丽萍，宋启根. 玻璃幕墙结构的热应力分析方法[j]. 工业建筑，1998，28(1)：20-23.

5. 计划与进度安排

[1] 3月 18日 ~ 3月24日 文献检索，提交开题报告

[2] 3月 25日 ~ 4月7日 论文研究，提交外文翻译初稿

[3] 4月 8日 ~ 5 月 19日 论文研究，提交论文初稿