Изчисляване на дебелината на стъклата за аквариум

[abaro]

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 аквариум

Автор: Warren Stillwell

Встъпление

От 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

Код [Маркирай кода] Expand


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 условия

Изчисленията 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.

Изчисления

Използувани означения:

Код [Маркирай кода] Expand


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:

Код [Маркирай кода] Expand

____________________________________________________________________________
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) = 0.48mm

Изчисляване на дебелината на дъното

При 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) = 0.355mm

Примерни аквариуми

        по-късно :cry:

[dido]

Яяя, това е адски ценно. Току що си сметнах дебелината на стъклата на новия ми якавариум - 5 мм. Ще се презапася с 8 милиметрови

[NO CARRIER]

Браво, браво! Благодаря!
Тази табличка ли те затрудни?  

Код [Маркирай кода] Expand

+-------------------------------------------------------+
|Length|Height|L/H Ratio|Minimum Glass|  Glass   |Safety|
|      |      |         |Thickness    |Deflection|Factor|
|------+------+---------+-------------+----------+------|
| 1200 | 500  | 2.40    |  6.8        | 0.93     | 2    |
| 1200 | 500  | 2.40    |  9.3        | 0.35     | 3.8  |
| 1800 | 600  | 3.00    |  9.1        | 0.99     | 2    |
| 1800 | 600  | 3.00    | 12.6        | 0.38     | 3.8  |
| 1200 | 300  | 4.00    |  3.2        | 0.70     | 2    |
| 1200 | 300  | 4.00    |  4.4        | 0.27     | 3.8  |
|  600 | 600  | 1.00    |  6.0        | 1.15     | 2    |
|  600 | 600  | 1.00    |  8.3        | 0.44     | 3.8  |
|  300 | 600  | 0.50    |  4.4        | 0.40     | 2    |
|  300 | 600  | 0.50    |  6.0        | 0.15     | 3.8  |
| 1400 | 500  | 2.80    |  6.9        | 0.91     | 2    |
| 1400 | 500  | 2.80    |  9.6        | 0.35     | 3.8  |
| 1600 | 600  | 2.67    |  9.1        | 0.99     | 2    |
| 1600 | 600  | 2.67    | 12.6        | 0.38     | 3.8  |
| 2400 | 600  | 4.00    |  9.1        | 0.99     | 2    |
| 2400 | 600  | 4.00    | 12.6        | 0.38     | 3.8  |
| 2400 | 500  | 4.80    |  6.9        | 0.91     | 2    |
| 2400 | 500  | 4.80    |  9.6        | 0.35     | 3.8  |
| 1800 | 700  | 2.57    | 11.5        | 1.07     | 2    |
| 1800 | 700  | 2.57    | 15.8        | 0.41     | 3.8  |
| 2030 | 830  | 2.45    | 14.4        | 1.19     | 2    |
| 2030 | 830  | 2.45    | 19.9        | 0.46     | 3.8  |
| 1200 | 940  | 1.28    | 15.0        | 1.32     | 2    |
| 1200 | 940  | 1.28    | 20.7        | 0.51     | 3.8  |
|  400 | 300  | 1.33    |  2.7        | 0.75     | 2    |
|  400 | 300  | 1.33    |  3.7        | 0.29     | 3.8  |
|  600 | 300  | 2.00    |  3.0        | 0.73     | 2    |
|  600 | 300  | 2.00    |  4.1        | 0.28     | 3.8  |
|  600 | 450  | 1.33    |  5.0        | 0.92     | 2    |
|  600 | 450  | 1.33    |  6.8        | 0.35     | 3.8  |
| 1000 | 700  | 1.43    |  9.6        | 1.14     | 2    |
| 1000 | 700  | 1.43    | 13.3        | 0.44     | 3.8  |
+-------------------------------------------------------+


[cihlidi_fan]

Определено имахме нужда от таква статия браво на abaro!
П.С: Чесно да си призная нещо в сметките тотално се обърках :oops:  :oops:

[abaro]

За NoCarrier:
Не ме затрудни, а направо ми разказа играта :evil: . И най гадното е че след като я мъчих 4 часа виждам че ти си я направил за минути. Скри нещо ти от мен вчера, скриии  :mad
Все пак благодаря ти много, щото без твоята помощ и горните нямаше да съм направил :beer

[dido]

Абаро, дали аз съм в грешка поради ранния час, но тази сметка не ми излиза (това е примера от темата:):

Дебелина на стъклата: t = SQR (0.37 x 0.950^3 x 0.00001 / 5.05) = 25.06mm

Дали височината не трябва да се отчита в милиметри на куб? Демек 950^3?:

Дебелина на стъклата: t = SQR (0.37 x 950^3 x 0.00001 / 5.05) = 25.06mm

[abaro]

Така е, благодаря! Горе във формулата е вярно, но в примерите беше сгрешено. Оправих го. Аз бях го забелязал преди, но мина доста време и съм забравил.
Ако някой забележи и други грешки да свирка!!!

[anonto]

Благодаря на abaro ! Много полезна статия.

Сметнах примерно за аквариум с размери L/W/H - 85/45/45 и излиза, че вертикалните стъкла трябва да бъдат с дебелина 7.6 мм, а дъното с дебелина 10.13 мм. Малко множко ми се струва, но може би така трябва, за да бъде сигурен аквариума. Въпреки, че аз съм лепил два 200 литрови аквариума с височина 50 мм и не сам имал никакъв проблем, а според статията излиза, че за аквариум с по - малка вместимост и по - малка височина трябва близо 8 мм стъкло.

И аз забелязах грешката. И в двата примера е сгрешено не трябва да е 0.950, а 950 при изчислението на дебелината на стъклото. Погледнах и оригиналната статия - и там е сгрешено.

Сега остава само някои да преведе и Excel – ския файл и всичко ще бъде наред. С него определено се обърках.

[dido]

Всъщност бях тръгнал да пиша на cihlidi_fan - неговата дебелина излиза 8 мм:

89Д/45Ш/50В:

89/50 = 1.78.

Вземаме а/б = 1.50, т.е. а = 0.042, б = 0.26

t = SQR (0.26 x 500^3 x 0.00001 / 5.05) = 8 mm

cihlidi_fan , не че те плаша или се еб**ам с тебе, ама предишния ми аквариум беше 100/50/40 двш от 5 мм стъкло. Преди 12 години. Беше яко изтумбен по средата въпреки укрепванията. Една вечер на един купон мой познат се натискаше с мацка на бюрото, дето беше поставен аквариума. Е, познай как изтръпнах като ги видях.

Въобще, това да си мислиш аквариума ще се строши ли сега или няма е гадна работа и някак си искам да ти спестя тръпката. Не че няма да стане със 6. Ще стане може би, ама е на ръба на разумното. И не си струва риска, след като парите за аквариума се дават веднъж на N години...

[niky]

Поздравления. Още другата седмица ще я сложа на сайта.

[cihlidi_fan]

dido
Наистина ти благодаря за изчисленията , аз неможах да се справя :oops:  :oops:
А относно аквариума....като ми стане ще ви пиша да ви кажа какво е положението с него, и надявам се да не се задържи дълго време в нас (в добрия смисъл на думата) ами да си взема един 500л примерно    :beer  :beer  :bg  :box

[NO CARRIER]

abaro, приятелю... Не очаквах, че точно на тази таблица ще попаднеш.  :roll: Тя е направена леко не по правилата на html. По-точно, има само три колони и с нов ред са въведени стойностите. Аз понеже се изживявам като сисадмин, уебдизайнер и какво ли още не успях да се справя доста бързо и лесно. Още повече, че ползвах един дос редактор, за да разместя по-удобно стойностите в колоните.
За по-голямо улеснение на всички, добавих парсер за хтмл файлове тук:
http://koko.zadnik.org/Articles/ Задаваш адреса и ако има таблица, тя излиза сравнително човешки обработена. После copy, paste, като преди това задаваш, че този блок е <Code> отгоре, от бутоните.
Забележка: Не правя никаква обработка на грешки, така че при забелязани проблеми, свиркайте.

[miTko]

За това ли на abaro таблиците са с "маймунки" (предполагам кирилица)? Или проблемът е при мен?

[tishovsx]

Слагайте дебели стъкла, не е чак толкова скъпо! Моя новия е със размери 95х45х45 и е от 8мм. със подпори от всякъде!

[NikolaV]

За това ли на abaro таблиците са с "маймунки" (предполагам кирилица)? Или проблемът е при мен?

При мен са ОК. Май е при теб!