第 1 章 绪论
1.1 课题背景
浮法玻璃的制品在建筑、交通、运输以及各经济部门有着十分广泛的应用，这使得浮法玻璃在各种玻璃制品中有着十分突出的地位。玻璃具有自己独特的性质，例如：耐腐蚀性、耐热性、光学与电学的性质、可塑性及可掺杂性，这些性质可以使玻璃满足人们的不同要求。由于玻璃独特的物理属性而被用来加工成光学器件、汽车零件和电子产品等，加上其资源比较丰富，价格相对低廉，而被广泛地应用到人们的日常生活中，对国民经济的增长起到强大的推动作用。
目前为止，制作浮法玻璃的工艺在生产平板玻璃方面是世界上一流的工艺。与其他方法相比具有非常强大的优越性。世界上各个国家在玻璃生产方面，浮法生产工艺都有着十分重要的位置。基于我国玻璃制造工艺的起步比较晚的情况，生产上与其他发达国家相比较还有一定的差距。随着电子、机械、化工、轻工、重工的迅速发展，市场竞争的越来越激烈和对玻璃的特性要求越来越高的现状，迫切需要提高浮法玻璃的生产工艺，同时缩短浮法玻璃的研发周期、节省制作能源也成为玻璃生产方面的要求之一。
生产玻璃的过程具有三大热工。在这三大热工过程中，如果退火达不到要求，就会使玻璃的切裁、运输、加工等受到影响，甚至会使使用过程中的危险性大大提高。由于对退火理论等相关的基本理论缺乏认识、不完善的工艺制度生产条件等现实情况，使生产的玻璃的永久应力过大而且分布不均，从而在生产过程中会出现玻璃因应力过于集中发生炸裂。所以对退火过程玻璃的永久应力和暂时应力的数值分析就有着十分重大的现实意义。
由于玻璃退火工艺的复杂性，很难通过生产的方式达到实现玻璃退火工艺改进的目的。随着计算机水平的发展，应用软件进行数值计算模拟在玻璃退火方面已成为一种非常有效的数值模拟方法。计算机数值模拟不仅具有可靠有效、十分灵活、速度快、经济等特点，并且能够避免现实条件苛刻和物理模拟难以满足等缺点。
ANSYS 有限元模拟软件是一款多功能都用途软件，在结构、热、流体和电磁等方面有广泛的应用，尤其对实际生产过程的模拟和分析有非常好的效果。因此 ANSYS有限元模拟软件成为科学研究人员普遍采用的一款软件。本文从玻璃材料性质和 ANSYS 有限元模拟软件的特点出发，对玻璃退火过程中玻璃内温度梯度变化、应力产生和减小过程进行理论分析和数值模拟，分析永久应力随退火速度的变化规律，对玻璃的退火提供了参考。测量室温条件下的玻璃应力，对室温条件下玻璃应力的测定方法进行了比较分析，为玻璃应力检测提供了指导。
1.2 退火定义和目的
玻璃的退火是一个热处理的过程，就是把玻璃中的残余应力逐渐减少以致消除的处理过程。玻璃和玻璃制品在高温环境下成型时，由于冷却条件是不平衡的，永久应力的产生是没有办法避免的。而玻璃中永久应力的存在，将会使得玻璃及其制品的强度降低，甚至有可能出现炸裂的情况，为了减小或者消除玻璃中的永久应力的大小并提高玻璃及其制品的光学均匀性，在退火炉中，使玻璃保持在某一特定温度下一定时间后，使温度以某一特定的速度将下来，以使玻璃内部不会产生超过不符合条件的永久性的应力和暂时性的应力，我们把这样的操作过程叫做玻璃退火。
普通工业玻璃制造中的退火是指消除或防止在制品中形成过大的或分布不均匀的热应力，使退火后的玻璃永久应力的趋近均匀，使其量值小于要求的数值，以此来使得玻璃有较好的性能。退火过程一般分为两个部分：首先是使热应力逐渐衰减直到消失，其次是防止热应力的再一次出现。
1.3 恒定温度下的玻璃退火理论
1.3.1 Maxwell 退火理论
恒定温度下玻璃中的应力松弛规律是由Maxwell率先提出的。
1.3.2 Adams-Williamson 退火理论
由于在Maxwell模型中粘性流动是符合牛顿定律的，而高粘状态下的粘弹体却大多是非牛顿液体，因此用其描述的玻璃在退火范围的应力松弛与实际不符。但在此基础上，Adams和Williamson发表了著名的“玻璃的退火”长篇论文。
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基于ANSYS软件浮法玻璃应力的模拟计算与分析
摘要 5-6
Abstract 6
第1章 绪论 10-16
1.1 课题背景 10-11
1.2 退火定义和目的 11
1.3 恒定温度下的玻璃退火理论 11-12
1.3.1 Maxwell 退火理论 11-12
1.3.2 Adams-Williamson 退火理论 12
1.3.3 Preston 退火理论 12
1.4 变温下玻璃的退火理论 12-13
1.5 退火窑的现状 13
1.6 浮法玻璃退火理论的发展 13-15
1.7 论文内容和结构安排 15-16
第2章 玻璃退火过程的理论分析 16-29
2.1 引言 16
2.2 玻璃退火过程分析 16
2.3 退火的上下限温度 16-17
2.4 玻璃的结构松弛 17
2.5 玻璃的应力 17-19
2.5.1 暂时应力与永久应力 17
2.5.2 温差应力与结构应力 17-19
2.6 ANSYS 有限元软件 19-22
2.6.1 热应力分析 19
2.6.2 热传导 19-21
2.6.3 对流 21
2.6.4 边界条件与初始条件 21-22
2.7 热载荷 22
2.8 室温玻璃应力的测量 22-28
2.8.1 理论基础 22-23
2.8.2 干涉色 23-24
2.8.3 Senarmont 定量应力测定法 24-25
2.8.4 Tardy 定量应力测试方法 25-26
2.8.5 Babinet 补偿器法 26
2.8.6 磁光调制法 26-27
2.8.7 光谱法 27-28
2.9 本章小结 28-29
第3章 基于 ANSYS 有限元软件的模拟计算 29-43
3.1 引言 29
3.2 基本理论 29-30
3.2.2 软件模拟的应力性质 29-30
3.3 退火模型的建立： 30-31
3.4 玻璃应力的数值模拟： 31-38
3.4.1 退火过程中温度变化 31-32
3.4.2 玻璃应力和温差变化情况 32-34
3.4.3 B 区退火速度对永久应力的影响 34-37
3.4.4 C 区玻璃温度梯度与暂时应力 37-38
3.5 永久应力的理论计算 38-40
3.6 理论计算永久应力随退火速度的变化规律 40-42
3.7 本章小结 42-43
第4章 玻璃加热过程的应力分析 43-54
4.1 前言 43
4.2 玻璃模型 43-44
4.3 温度分析 44-47
4.4 X 方向应力分析 47-50
4.4.1 自由边界条件 47-48
4.4.2 约束边界情况 48-50
4.4.3 X 方向应力对比分析 50
4.5 Y 方向应力分析 50-53
4.5.1 自由边界条件 50-51
4.5.2 约束边界情况 51-53
4.5.3 Y 方向应力对比分析 53
4.6 总结 53-54
结论 54-56
参考文献 56-59
攻读硕士学位期间参加的科研任务与主要成果 59-60
致谢 60-61
作者简介 61