溫差對含相變材料玻璃幕墻溫度和應力的影響及分析

王封順 王西奇 張 浩

東北石油大學土木建筑工程學院，黑龍江 大慶 163318

?

溫差對含相變材料玻璃幕墻溫度和應力的影響及分析

王封順 王西奇 張 浩

東北石油大學土木建筑工程學院，黑龍江 大慶 163318

玻璃幕墻對建筑的節能有著不可代替的作用，含相變材料的玻璃幕墻對保溫有良好的作用，也是發展的趨勢。本文主要對含石蠟玻璃幕墻在溫差作用下，利用ansys對室內室和室外溫度的變化對玻璃幕墻溫度及應力的影響。

ansys；溫度場；應力分布

隨著社會的進步，玻璃幕墻已經大面積的使用在建筑中，對建筑的使用功能和建筑的裝飾功能有不可代替的功能。

但是玻璃幕墻也有著各種隱患，比如在溫差作用下，玻璃幕墻兩側就會產生溫度應力，溫度應力的存在不僅影響玻璃的壽命和室內熱量的損失(特別是冬季)，還有可能產生斷裂破壞，危害著人民的生命財產安全。

本文主要研究溫差對含石蠟玻璃幕墻溫度和應力的影響及分析，在溫差作用下，幕墻溫度場的分布及應力的分布。

一、有限元分析模型的建立

(一)含石蠟玻璃幕墻四周約束的簡化

目前，很多學者對玻璃幕墻進行了有限元分析研究，得到了一些規律性的結論。但大部分是基于邊界固定約束或簡支式約束，與設計結果相比，固定約束計算值偏大；而簡支式約束由于應力得到釋放，結果與計算值相比偏小。含相變材料玻璃幕墻處于剛剛起步階段，國內外學者對含石蠟玻璃幕墻的研究甚少，為了保證其可靠性，本次模擬選擇固定約束。

(二)有限元模型的建立

采用熱應力耦合單元Brick 20 node 226單元模擬含石蠟玻璃幕墻在溫差作用下溫度分布和應力分布規律。玻璃幕墻外層尺寸為500mm×500mm×4mm，中間層石臘的厚度為9mm。材料參數：玻璃彈性模量7.2×10-5Mpa，泊松比0.2，線膨脹系數1×10-5厚度，導熱系數為0.76，密度為140kg/m3，比熱容為790J/(kg·℃)；石蠟的比熱容為4810/3110 J/(kg·℃)，導熱系數為0.2，密度為880 kg/m3。

二、溫差作用下玻璃內外溫度及應力分布

(一)溫差作用下玻璃內外溫度的分布

我國是一個能源消耗大國，合理的利用和控制能源的使用有著重大意義。玻璃幕墻建筑已成為當今潮流。如何更好的利用玻璃幕墻節約能源是我們專業的重大責任。本文主要通過玻璃幕墻內外溫度差來模擬一下，玻璃幕墻表面的溫度變化情況，假定室內外溫度如下表1、圖1所示：

表1

根據內外溫差的不同，利用ansys進行模擬，得出了玻璃幕墻內外玻璃表面溫度的變化范圍規律，從室內外玻璃表面溫度變化規律對比可以看出，當室外溫度為零下30攝氏度時，內外溫度相差特別大，隨著室外溫度逐漸升高，室內外溫差逐漸變小，但是室內玻璃幕墻表面的溫度的變化相對來說不是很大，這充分說明了，室內外玻璃表面溫差越大，保溫效果越好，大大減少了能量的損耗，節約能源。

(二)玻璃幕墻溫度應力的分析

含相變材料玻璃幕墻根據上面的分析，對保溫效果相對來說還是不錯，但同時也要滿足應力的要求，下面就利用ANSYS進行溫度應力的分析，室內外的溫度設定還是利用上面的數據進行模擬，模擬結果如下圖2所示：

圖1

圖2

由圖可以分析當溫度是零下三十度時最大拉壓應力都比較大，主要原因是內外溫差過大，導致壓應力和拉應力都比較大。隨著室外溫度逐漸升高，直到零下十度時，拉應力和壓應力都有所降低。溫度為三十度時，拉壓應力又回升到最大，但是都不超過應力的最大值，也就是不會對玻璃產生應力破壞。

三、結論

對含相變材料玻璃幕墻在不同溫差作用下玻璃內外表面溫度分布規律，以及溫差作用下玻璃表面應力最大值的分析，可以知道，內含相變材料玻璃幕墻內外溫差較大，對保溫效果比較樂觀，所以對建筑節能方面比較有實際應用價值。玻璃幕墻只有在溫差較大時才會對玻璃表面產生較大應力，其他溫度作用下，應力分布較小，但是最大值也不超過普通玻璃的規定值。所以含相變材料不僅不會造成應力破壞，同時還會減少能量損失，節約大量能源。

[1]曾紀元.玻璃幕墻的幾項節能措施探討[J].中國建筑金屬結構，2013(16)：59-60.

[2]石永久，孫巍，王元清，羅憶，徐悅.點支式玻璃建筑幕墻夾層玻璃溫度場及其溫度應力分析[J].建筑科學，2010(07)：57-60+65.

[3]童麗萍，宋啟根.玻璃幕墻結構的熱應力分析方法[J].工業建筑，1998(01)：20-23.

[4]尚新峰.玻璃幕墻節能措施及發展方向[J].牡丹江師范學院學報(自然科學版)，2007(03)：21-22.

TU

A

1006-0049-(2017)15-0277-01