Тази статия съм я превел преди 2 месеца, но поради затруднения с публикуването на таблици я пускам чак сега. Тя е предназначена САМО за хора които ИСКАТ и МОГАТ да работят с калкулатор по-добре отколкото с пръсти. Оригиналът е тук -http://www.fnzas.org.nz/articles/technical/glass_complete/. Също там има и помощна .xls таблица за изчисляване на стъклата.Изчисляване на дебелината на стъклата за аквариумАвтор: Warren Stillwell
ВстъплениеОт много време насам дебелината на стъклото от което трябва да е направен аквариума е забулена в мистерия. Има много таблици и упътвания които указват дебелината на стъклата за аквариуми с определени размери. Главния недостатък на тези информации е че не е посочен коефициента на сигурност за посочената дебелина на стъклото, както и начина по който е изчислена тази дебелина.
Тази статия е предназначена за хората които гледат сериозно на проектирането на аквариума и които искат да изчислят аквариум които съответства на избран от тях коефициент за сигурност. Разгледани са и някои други въпроси освен формулите за изчисление.
Тази информация е замислена само като ръководство със съвети и в никакъв случай не гарантира успех.
Тя е базирана само на изпитани методи за якостно оразмеряване и не взема предвид фактори като производствени дефекти и конструктивни грешки.Своиства на стъклото.Стъклото е много крехък материал. То се огъва много малко но няма способността на много от металите да се деформира. То се огъва до един момент след което просто се счупва. Точно тази точка на разрушаване е критерия за изчисляване на дебелината на стъклата.
Стъклата могат да бъдат с различна якост – 19,3~28,4 МРа якост на опън. Стъклото е слабо на опън, еластично е до точката на разрушаване и няма никаква пластичност. То не може да бъде трайно деформирано и най-лошото е че не предупреждава по никакъв начин за предстоящо разрушаване като запази остатъчна деформация след като прекомерното натоварване се премахне.
Важна характеристика на стъклото е способността му да понася ударно натоварване приблизително двойно по-голямо от нормалното (напр. удар с ръка по аквариума). Това е което спасява много аквариуми при случаен удар по тях.
Променливата якост на стъклото, породена от особеностите на производствения процес ни задължава да използваме подходящ коефициент на сигурност когато изчисляваме дебелините на стъклата. Най-често се използва коефициент 3,8. Без да дава абсолютна гаранция, такъв коефициент елиминира риска от използване на повредено или лошокачествено стъкло. Основният дефект който може да доведе до разрушаване са драскотините. Също така натоварването в една точка ще предизвика счупване. Затова се използват меки подложки (напр. Стиропор) които предпазват от точково натоварване вследствие на замърсяване или песъчинки.
Освен това при изготвяне на аквариума свързващия компаунд (най-често силикон) трябва да има дебелина минимум 0,5-1мм за да поеме неравностите по ръбовете на стъклата. При рязане на стъклото ръбовете не се получават абсолютно гладки и прави, освен ако не са шлайфани след това.
Възможно е да се използва и по-нисък от 3,8 коефициент на сигурност ако стъклото е с много високо качество и няма вътрешни напрежения. Все пак ако се намали коефициента риска си остава за сметка на проектанта.
Закаленото стъкло е значително по яко от стандартното. То обаче не може да бъде рязано. Ако ще се използва закалено стъкло, то първо трябва да се изреже на точните размери след което да се закали. При закаляване се подобрява и температурната устойчивост на стъклото. Стандартно 6мм стъкло ще се спука ако е загрято до над 55оС и се потопи във вода с температура 21оС. Закаленото ще се счупи при температурна разлика 250оС. Закаленото стъкло има якост на опън 5 пъти по-голяма от стадартното. Обикновеното стъкло обаче има едно съществено предимство за изработване на аквариуми. То се чупи на малко части – обикновено се получава вертикална или диагонална пукнатина. Закаленото за разлика от него се разтрошава напълно на малки парченца като стъклата на автомобилите.
Стъклото има коефициент на линейно разширение много по-малък от този на повечето метали. Това е важно ако се прави аквариум с метална рамка. В този случай аквариума трябва да се изготви и съхранява при температура на въздуха близка до тази при която ще се използва в последствие. Дължината на аквариума е определяща за това каква еластичност трябва да има уплътнителния компаунд който ще се използва. Силиконовият каучук е най-използвания днес уплътнител. Дебелината на уплътнителния слой трябва да се променя с увеличаването на дължината. Основно практическо правило е да се осигури слой от 2-3мм на 1 метър дължина на шева. Това ще позволи на силикона да поеме усилията които възникват между стъклото и метала.
Физически характеристики на стъклото
Относително тегло ~2,5 при 21оС
Коеф. на линейно разширение 86 х 10-7 м/оС
Точка на топене 730оС
Модул на еластичност 69000 Мра
Коеф. на Поасон 0,22 до 0,23 за флоатно стъкло
Якост на натиск 25мм куб: 248МРа
Якост на опън 19,3 до 28,4МРа при продължително натоварване
Якост на опън (закалено стъкло) 175МРа
Изчислителни условияИзчисленията посочени по-долу предполагат че стъклото е захванато по целия си периметър, т.е. по четирите си страни. Изчисленията са еднакви и за шевове натоварени на опън и натоварени на натиск. При изцяло стъклените аквариуми съединенията са натоварени на опън, на срязване или комбинация от двете. Този метод на сглобяване разчита 100% на здравината на силикона който ги свързва и същевременно е най-слабия тип връзка при залепване със силикон. При аквариумите с метална рамка силикона е подложен на натиск. От него не се изисква да има особена здравина, а основното му преднасначение е да уплътнява.
Дебелината на дънното стъкло е предмет на втората част от изчисленията, но те се отнасят за случаите когато дъното е подпряно само по периметъра си а не равномерно на цялата площ. Дъно със същата дебелина може да се използва и когато то е равномерно подпряно на цялата площ и това съществено ще подобри здравината на аквариума. Може обаче и да се използва по-тънко стъкло с дебелина колкото на най голямото от страничните стъкла. В този случай е задължително аквариума да е разположен на много равна и гладка основа. Тази повърхност трябва да е нивелирана и много здрава за да издържи тежестта без да се деформира. Това е трудно изпълнимо при много големи аквариуми, затова се налага използване на самозаглаждаща се замазка между стиропора и основата. Тя трябва да се нанесе непосредствено преди поставянето на аквариума върху основата за да може теглото на аквариума да изглади неравностите. Трябва да се изчака достатъчно време за да засъхне напълно замазката преди напълването на аквариума.
Забележка: Изчисленията са валидни при условие че водната повърхност е под горния край на стъклата. В случай че стъклото е прозорец под повърхността на водата (като при вградени в стена аквариуми) тези формули са неприложими.
ИзчисленияИзползувани означения:
Дължина в мм (L): Дължина на аквариума
Ширина в мм (W): Ширина на аквариума от предното до задното стъкло
Височина в мм (H): Височина на водния стълб (ненадвишаваща горния ръб)
Дебелина в мм (t): Дебелина на стъклото
Водно налягане (р): Сила в Нютони (N)
Допустимо напрежение на огъване (B): Якост на опън / коеф. на сигурност
Модул на еластичност (E): Съпротивление на еластичност
Отношението на дължината на аквариума към неговата височина влияе на здравината на стъклата. Таблицата по-долу показва стойностите на константите Алфа и Бета в зависимост от това отношение.
Стойности на константите Алфа и Бета използвани при изчисленията:____________________________________________________________________________
Отношение на дължината . .
към височината (L/H) . Вертикални стъкла . Дъно
____________________________________________________________________________
. Алфа . Бета . Алфа . Бета
________________________.________________________.__________________________
0.5 . 0.003 . 0.085 . .
0.666 . 0.0085 . 0.1156 . .
1.0 . 0.022 . 0.16 . 0.077 . 0.453
1.5 . 0.042 . 0.26 . 0.0906 . 0.5172
2.0 . 0.056 . 0.32 . 0.1017 . 0.5688
2.5 . 0.063 . 0.35 . 0.111 . 0.6102
3.0 . 0.067 . 0.37 . 0.1335 . 0.7134
____________________________________________________________________________
Когато отношението L/H е по-малко от 0,5 се вземат стойностите за Алфа и Бета при отношение 0,5.
Когато това отношение е по-голямо от 3 използвайте стойностите на Алфа и Бета при отношение 3.
За дъното използувайте отношението Дължина към Ширина (L/W).
Налягането на водата (p) е равно на височината (H) x земното ускорение (приблизително = 10)
p = H x 10 , N/mm2
Допустимото напрежение на огъване (B) е равно на якостта на опън разделена на коефициента на сигурност.
B = 19.2 / 3.8 = 5.05N/mm2 (Коеф. на сигурност = 3.8 )
Изчисляване на дебелината на предното и страничното стъкла
Дебелината на стъклото t = SQR (Бета x H^3 x 0.00001 / B) в mm
Деформацията на стъклото = (Алфа x p x 0.000001 x H^4) / (Е x t^3) в mm
Пример: (Новия ми аквариум)
Дължина L = 3000mm
Височина H = 950mm
Коефициент на сигурност = 3.8
L/H>3 затова Бета = 0.37 и Алфа = 0.067
p = 950 x 10 = 9500N/m²
Дебелина на стъклата: t = SQR (0.37 x 950^3 x 0.00001 / 5.05) = 25.06mm
Деформация = (0.067 x 9500 x 0.000001 x 950^4) / (69000 x 25^3) = 0.48mmИзчисляване на дебелината на дънотоПри изчисляване на дъното има една малка разлика. Коефициентите Алфа и Бета се определят според отношението L/W (където за L се приема по големия от размерите на дъното – затова L/W е винаги >=1). За изчисляване на налягането се използва отново височината H.
Дебелината на дъното е t = SQR (Бета x H^3 x 0.00001/B) в mm
Деформацията = (Алфа x p x 0.000001 x H^4) / (Е x t^3) в mm.
Пример: (Новия ми аквариум)
Дължина L = 3000mm
Височина H = 950mm
Коефициент на сигурност = 3.8
L/H>3 затова Бета = 0.7134 и Алфа = 0.1335
p = 950 x 10 = 9500N/m²
Дебелина на дъното: t = SQR (0.7134 x 950^3 x 0.00001 / 5.05) = 34.8mm
Деформация = (0.1335 x 9500 x 0.000001 x 950^4) / (69000 x 34.83^3) = 0.355mmПримерни аквариуми по-късно :cry:
09.04.2005г 16:04ч
