什么是鲁伯特之泪?他的成型过程和力学性质分别是怎样的?
原创推荐 来源:网络 编辑:小蜜蜂 2019-10-10 15:35:51

  鲁伯特之泪可以是的坚硬但是却也的脆弱,就像阿喀留斯之踵一样,他的弱点很少,但是这个弱点却是可能致命的。我们今天来探讨的是鲁伯特之泪在形成的过程中,所涉及的力学方面的知识,在这里探讨的这些知识都是我们拓展学习的一个很好的例子,这也是现代的教育之下对于学生本身的一个基础的要求,也是一个人培养自学能力的体现和前提。下面我们来了解一下鲁伯特之泪所包含的一些力学方面的知识。

什么是鲁伯特之泪?他的成型过程和力学性质分别是怎样的?

  1、什么是鲁伯特之泪

  很多人可能不知道什么是鲁伯特之泪。鲁伯特是17世纪的一个王子,可能比较贪玩,或者比较好学,他把玻璃烧融化了,然后滴到水里。然后他发现,滴入水中后,冷却形成小蝌蚪状的玻璃制品,这个“小蝌蚪”有着特殊的性能:较大的头部坚硬,然而细细的尾巴却一碰就碎,更神奇的是,只要尾巴碎了,整个小蝌蚪瞬间就变成粉末。

  鲁伯特之泪的头部究竟有多强?有人做过实验,子弹打不碎,普通液压机压不碎,不过如此强大的头部,它的尾巴却是它的弱点。尾巴只要破裂,整个鲁伯特会变成粉末。

  2、鲁伯特之泪的成型过程

  为什么鲁伯特之泪会有这种神奇的特性?这得从它的成型过程说起。高温熔化后的玻璃,滴入冷水中。当玻璃融化变成液体后,滴入下方的冷水中。由于融化的玻璃呈水滴状,冷却之后,这个水滴状得以保持。

  从其成型过程来看,过程的简单,这也是为何早在17世纪,就可以制作出鲁伯特之泪的原因。成型过程虽然简单,但是整个过程中发生的事情,其实不简单,而这才是形成鲁伯特之类独特性能的原因。

  3、鲁伯特之泪的应力状态

  实际上,关于鲁伯特之泪的特性研究,从来没有停止过。它独特性能的原因,也早已经被研究的透彻。根本原因在于外层形成了致密的压缩层,有着巨大的残余压应力。下图为鲁伯特之泪的应力分布光学图,从中明显看出来应力的层状分布。

什么是鲁伯特之泪?他的成型过程和力学性质分别是怎样的?

  在融化的玻璃进入冷水的过程中,外层迅速冷却收缩,然而内层依旧高温,融化的内部玻璃流体就会往上流动,较终会在未入水的外层往下挤压,从而让外层更加致密。整个过程短暂,因此会留下外部残余压应力和内部的残余拉应力。

什么是鲁伯特之泪?他的成型过程和力学性质分别是怎样的?

  就像钢化玻璃一样,外层的强大压应力紧紧地压迫着鲁伯特之泪,使得内部的内缺陷被牢牢的挤在一起,裂纹不会轻易地扩展。此外,在承受外界撞击时,是压缩载荷,内部的拉应力会得到缓解,从而可以承受更大的压缩载荷。

  4、没有尾巴的鲁伯特之泪

  从上面的鲁伯特之类的成型过程就知道,它的尾巴无法避免。因为滴入水中的液态玻璃由于自重的影响,必然是水滴状。所以,这种传统方法制作的鲁伯特之泪,是没有办法丢掉尾巴的。

什么是鲁伯特之泪?他的成型过程和力学性质分别是怎样的?

  根据鲁伯特之泪强大力学性能的原因:外层有较大的残余压应力,内层有残余拉应力。实际上,现代科技是可以生产出外压内拉的玻璃制品的,即:钢化玻璃。通过热处理或者化学的方法,实现这种外压内拉的应力分布。

  根据鲁伯特之泪的成型过程,我们发现,只要让玻璃不出现细尾巴就可以了。所以,现代工业采用热处理生产钢化玻璃的时候,就是将玻璃加热到熔融状态,通过模具避免重力影响,然后再迅速冷却。

  5、总结

  鲁伯特之泪具有奇异的力学性能,这与其成型过程密切相关。在成型过程中,形成了外压内拉的应力分布,极大地增强了整体强度。传统方法制作的鲁伯特之泪,由于重力的影响,尾巴不可能不存在。但是,现代科技可以采用模具的方法,避免重力的影响,生产出没有尾巴的钢化玻璃。只是,没有尾巴,那就不再是鲁伯特之泪了。

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