使用ANSYS提供的Combin單元模擬氣體層行為。Combin(彈簧-阻尼組合單元)具備二個節點,可以計算軸向的壓縮及阻尼行為。本文根據清華大學及同濟大學完成的點支承中空玻璃試驗建立模型[2,8],幾何參數如表1。根據對稱性建立1/4模型,使用Solid單元模擬玻璃板,在外、內板之間除點支承外,均勻的設置n個Combi
單元模擬氣體層的壓縮性能(圖1)。Combin單元的彈性模量由式(1)計算:


其中,K為Combin單元的總彈性模型,k為假設各處壓縮性一致時每個Combin單元的彈性模量;P0為1標準大氣壓(1.013×105Pa);A為玻璃板的面積;d0為中空層的初始厚度。

　　中空玻璃對于連接處的氣密性要求很高,故實際工程中的點支承中空玻璃通常采用圖2所示的浮頭式點支承連接形式[4]。為精確求解開孔處周邊的應力,在該處細分單元(圖1和圖3a)。模仿圖建立浮頭式金屬連接件及塑料墊層(圖3b),將其嵌入開孔處。金屬連接件、塑料墊層及玻璃板之間進行“粘結”,使其互相粘結處具有一致的位移。各材料常數如表2。

　　2.3　試驗與計算值比較
　　文獻[2]和[8]的試驗位移測值、現行規范及本文的有限元計算值,繪于圖4、圖5中。圖中位移取中空玻璃外、內片板心位移的平均值。本文有限元計算值與兩個試驗的結果都吻合得較好。

　　2.4　孔邊應力分布特點
　　使用有限元方法計算了文獻[2]試驗的孔邊應力,圖6所示為外、內片孔邊應力分布情況。由圖可見,外、內片孔邊緣應力極值均出現于孔內側邊緣附近。不同的是,外片孔邊應力分布與單層點支承玻璃的孔邊應力分布很相似[1],應力極值距離孔邊緣尚有一距離;而內片孔邊應力極值處緊鄰孔邊緣,這主要是由外、內片的受支承情況的差別引起。本例中外片孔邊應力極值約為內片的86%。

　3　孔邊應力狀態影響因素分析
　　影響孔邊應力分布的因素較多,本文討論了孔心邊距、內外片玻璃厚度及中空層厚度等因素對于孔邊最大應力的影響。

　　3.1　孔心邊距的影響
　　采用2000mm×2000mm的板件,厚度為10mm+12mm(中空層)+10mm,孔心邊距從60mm增至280mm,荷載2kN/m2,計算內、外片孔邊拉應力極值及內片長邊中點應力。結果顯示(圖7):

　　(1)隨孔心邊距增加,長邊邊緣中點的應力迅速下降。內片孔邊應力極值雖然也隨之下降,但始終大于長邊邊緣中點應力。

　　(2)隨孔心邊距增加,內片孔邊應力極值始終大于外片。但前者不斷下降,后者不斷上升,當孔心邊距約為板邊長的1/7時,內、外板孔邊的最大應力已非常接近。這主要由內、外板的不同支承條件引起。

　　(3)隨孔心邊距增加,外片孔邊最大應力有少許上升,在孔心邊距達到板邊長的1/14時超過長邊邊緣中點的應力。

　　3.2　玻璃板厚的影響
　　采用2000mm×2000mm的板件,中空層厚12mm,孔心邊距120mm,荷載2kN/m2,分別討論單獨變動內片或外片板厚時孔邊最大應力的變化。

　　3.2.1　內片厚度變化
　　將外片厚度固定為12mm,內片厚度從8mm增至16mm,結果顯示(圖8):

　　(1)隨內片板厚增加,內、外片板邊緣中點應力均呈下降趨勢。因外荷載是按內、外片抗彎剛度的比例進行分配[7],外片分配到的荷載迅速減少,內片則因板厚增加分配到較大荷載,故應力下降的幅度較小。

　　(2)隨內片板厚增加,內、外片孔邊最大應力均迅速降低,且下降幅度基本相當,內片孔邊最大應力始終大于外片。


　　3.2.2　外片厚度變化
　　將內片厚度固定為12mm,外片厚度從8mm增至16mm(圖9)。外片厚度的變化過程與前述內片厚度變化是對
稱的,應力變化趨勢呈現出相似之處,這同時驗證了中空玻璃按抗彎剛度分配外荷載的特點。內、外片孔邊的最大應力基本保持同樣的下降幅度,內片孔邊最大應力始終是板內最大主應力。

　　3.3　氣體層厚度的影響
　　采用2000mm×2000mm的板件,內、外片均厚10mm,孔心邊距120mm,荷載2kN/m2,中空層厚度從10mm增至20mm(圖10)。內、外片長邊中點應力基本上相等,且應力值基本不變。同時,內片孔邊最大應力有少許下降,外片則有少許上升,但變化量很小,可忽略不計。