Механизм возникновения временных напрежений в стекле при охлождении и нагревании

Внутренними (собственными) называют напряжения, уравновешен­ные в пределах данного тела (или части его) без участия механических или температурных воздействий. По степени локальности эти напряже­ния в стеклах делятся на две категории: напряжения I рода — макро­скопические, действующие в областях, соизмеримых с размерами тела; напряжения II рода — микроскопические, действующие в областях, со­измеримых с размерами микронеоднородностей.

Напряжения I рода, в свою очередь, разделяются на временные и постоянные. Временные напряжения возникают при нагреве или охлаж­дении стекла вследствие неравномерности температурного поля в объ­еме изделия, вызывающей неравномерные по объему упругие дефор­мации, и исчезают при выравнивании температуры. Такие напряжение, не вызывающие остаточных деформаций, называют также термоупру­гими. Напряжения, остающиеся в стекле после выравнивания темпера­тур, называются постоянными. Временные напряжения возникают, как правило, при нагревании или охлаждении стекла в области температур ниже Т_g, постоянные — при его охлаждении от температур выше Т_е.. В связи с низкой теплопроводностью стекла в из­делии возникают градиенты температур, элементарные объемы расши­ряются (сжимаются) неравномерно, что приводит к образованию внут­ренних упругих напряжений.

. При нагревании температура наруж­ных слоев пластинки выше, чем внутренних (Т₂>Т₁), вследствие чего наружные слои стремятся расшириться до больших размеров. Темпе­ратурная деформация (расширение) каждого из слоев (если бы они не были связаны друг с другом и расширялись независимо) составила бы соответственно аТ₂ и аТ_и причем аТ₂>а,Т[ (а —ТКЛР стекла). Одна­ко в действительности слои связаны, и внутренний слой пластинки пре­пятствует расширению внешних, что вызывает возникновение в плас­тинке упругих напряжений: сжатия-—в наружном слое (упругая де­формация е_уПр<0) и растяжения — во внутреннем (_уПр>0). При этом результирующая деформация е в каждом слое пластинки не равна тем­пературной а Т, а больше или меньше ее на упругую деформацию. где -среднее значение по толщине. При охлаждении стекла от температур ниже T_g (в хрупком состоянии) в связи с более быстрым снижением температуры в наружных слоях (Т₂<Т1) и более быстрым сжатием их ( Т₂< Т1) распределение временных термоупругих напряже­ний обратно наблюдаемому при нагревании: напря­жения растяжения — в наружных слоях, сжатия—во внутреннем. При больших градиентах температур ( — Т) напряже­ния растяжения могут превысить предел прочности стекла, и изделие разрушается.Такое явление (релаксация временных напряжены через образова­ние трещин) наблюдается, например, при испытании стекла на термо­стойкость.