Evaluación probabilística del vidrio templado basada en simulación multifísica avanzada de proceso y desempeño

Abstract

El vidrio es ampliamente utilizado en aplicaciones estructurales, estando presente en sectores como el sector de la automoción o el sector de la construcción. El comportamiento estructural del vidrio depende principalmente de la calidad superficial, dado que la apertura o propagación de grietas superficiales reduce drásticamente su resistencia. Por esta razón, el temple es una práctica común para poder emplear el vidrio como material estructural. Las técnicas de temple resultan en robos de calor no-uniformes en la superficie, lo cual genera tensiones residuales no-homogéneas, que influyen de manera directa en el comportamiento estructural. Por lo tanto, este trabajo presenta una metodología numérica para predecir el comportamiento en servicio de placas de vidrio sometidas a flexión teniendo en cuenta las tensiones residuales generadas durante el temple. A tal objeto, se propone un modelo basado en la interacción fluido-estructura para considerar la influencia de enfriamientos no uniformes en la generación de tensiones residuales durante el proceso de temple. Del mismo modo, se presenta un modelo estadístico-numérico para predecir la fractura de componentes estructurales de vidrio sometidos a cargas de flexión. Para ello, se ha realizado una evaluación estadística basada en el modelo local generalizado. Los resultados obtenidos han sido acordes con lo observado experimentalmente.

The use of glass covers a wide range of structural applications, such as in the construction or the automotive sectors. Owning to its brittle behaviour, the tensile strength of glass is limited because of the existence of surface flaws. Thus, the glass strength is highly influenced by the surface damage. For this reason, glass is most often heat treated before using it as a structural material. The current tempering techniques lead to non-uniform cooling distributions on the surface causing residual stress inhomogeneities, which have a direct impact on the structural features of heat treated components. This work therefore presents a novel numerical methodology to predict the in-service behaviour of glass plates subjected to bending loads considering the residual stresses developed during the glass cooling process. To do so, a fluid-structure interaction numerical methodology to calculate the non-uniform residual stresses developed during the tempering process is presented. Similarly, a probabilistic-numerical model based on the generalised local model to address both, the residual stress pattern and the statistic nature of glass strength is proposed. The obtained results came into agreement with the performed experimental tests.