水族箱玻璃厚度计算

本文中文翻译版权归水族驿站相关译者所有。鱼友免费参阅，如将本文中文版用于任何商业用途，请联系水族驿站相关译者，译者将从中获益。长期以来，水族箱到底需要多厚的玻璃，一直没有明确的答案。有很多针对特定尺寸水族箱玻璃厚度的表格和指导意见，这些建议的主要缺陷在于没有对玻璃的安全厚度给出计算方法。本文是针对那些考虑水族箱玻璃安全厚度的读者的，包括计算的公式。不过本文也只是给大家建议，并不能保证所有的公式都适用。因为我们只是基于压力的计算，而没有考虑水族箱在设计和粘贴过程中的失误。

玻璃的特性

玻璃是非常脆的材料，弯曲变形的能力远远低于金属材料。当弯曲到一定程度就会破裂。因此，使其弯曲的力的大小就是我们计算玻璃厚度的因素。玻璃的拉伸强度也有很大变数，针对统一制造样本的检验就证明了这一点(see specifications for glass, – Tensile Strength 19.3 to 28.4MPa)。玻璃的张力也很弱，超过临界值后即会形成破裂，没有延展性。玻璃不能永久变形，在其破裂之前也不会给我们什么征兆。玻璃还有个重要的特性，它能承受的冲击性载荷是其能承受一般载荷的两倍，(例如：用手十分用力的敲击)。这个特性使很多水族箱在偶然的冲击下不会被破坏。基于上述特性，制造玻璃水族箱时要考虑很多安全因素，才能决定其厚度。一般要考虑的因素在3.8（安全因素值在后面的计算中要引入）。当然，这里没有考虑玻璃质量问题的因素。划痕和破碎处是导致破碎的主要因素，某点应力过于集中也是很危险的。因此我们常会在水族箱底部垫一张聚苯乙烯泡沫。再有，粘贴水族箱时，粘贴处玻璃至少要留出0.5-1毫米的距离，因为玻璃在被切割后边缘时不整齐的，除非经过特殊的工艺。如果玻璃质量很好，没有内部应力，设计者可以降低玻璃的风险系数。钢化玻璃（Toughened glass）比标准玻璃要坚固很多。然而，钢化玻璃不能被切割，因此如果使用钢化玻璃就要在最开始定制所需尺寸的钢化玻璃。普通玻璃在21度时的破裂温差大约是55度。钢化玻璃的破裂温差大约是250度。钢化玻璃的拉伸强度也是普通玻璃的5倍。然而普通玻璃制作水族箱也有优势，当破裂时，它一般会垂直或对角破裂，而钢化玻璃则会像汽车风挡玻璃一样完全破碎。玻璃比大多数金属的线性膨胀系数低得多。当水族箱使用金属边框时，了解这一点很重要。它们需要在相近的温度下制作和使用。水族箱的长度将决定粘合剂的使用。硅胶是最常用的粘合物。粘合处硅胶的厚度要根据粘合长度决定。一般的经验法则是每米增加2-3mm厚度。这能弥补玻璃和金属之间膨胀系数的差别。

玻璃物理特性：

密度：约2.5在21°C

线膨胀系数：86×10-7M/°C

软化点：730°C 弹性模量：E=69GPa（69×109帕）（在稍后的计算公式中药引入）

泊松比：0.22〜0.23浮法玻璃

抗压强度：25毫米体积：248MPa（248×106帕）

拉伸强度：19.328.4MPa持续载荷 计算中会用到

（钢化玻璃）拉伸强度：175MPa。

设计考虑：

以下的计算方法是根据水族箱四个侧面的压力来计算的，没有计算玻璃黏贴处的硅胶的厚度是否适当。典型的玻璃水族箱是完全用硅胶粘贴的，因此所有黏贴处都在无时不刻的承受所有压力，但用金属框架的水族箱就完全没有这方面的压力，硅胶只用于密封。

底部玻璃计算方法是另一种算法。这种算法是基于水族箱底部无良好均匀支持的情况。一般情况下，水族箱底部很难达到超平，需要用泡沫一类物质垫一下，这样使得重量显得不太重要了。在蓄水前有个问题一定要搞清楚。如果水族箱底部玻璃的支撑只是四个边框的话，则需要使用第二组计算方法。当然，这种设计也可以用在水族箱底部有较好的面支撑，而且可以显著提高安全系数。如果底部足够均匀，底部玻璃可以与侧面最厚的玻璃采用同样厚度。这样的设计需要水族箱底部支撑承担很大一部分压力，因此，底部支撑必须很坚固。注意：本文中所提及玻璃厚度是基于水面不超过玻璃上边缘，如果玻璃是作为水族箱的窗体，则不在本文描述范围内。

计算：

使用的术语：

长度（L）（mm）

宽度（W）（mm）：水族箱由前至后。

高度（H）（mm）：水的总深度，但不超过玻璃的上边缘。

厚度（T）（mm）：厚度的玻璃。

水压力（P）：在牛顿（N）的力。

允许的弯曲应力（B）：拉伸强度/安全系数

弹性模量（E）：弹性强

长度与高度的比值影响力的玻璃的强度。下表列出了α和β常数是基于长度与高度的比值。

计算中使用的α和β常数 33副本当比值小于0.5,使用0.5 当比值大于3，使用3。水的压力(p)直接与高度(H)成正比，系数是重力加速度，约值是10，如果想更精确些就用9.81。 p = H x 10 in N/mm2 允许的弯曲应力（B）是相等的拉伸强度的玻璃/安全系数。 B = 19.2 / 3.8 = 5.05N/mm2 (安全因素Safety factor = 3.8)