Как определить толщину стекла для аквариума

Уважаемая редакция "Сделай сам!"

Прочитав в альманахе №6 за 1998 год вопрос читателя В. Иванова из г. Иркутска о затруднениях в определении толщины стекла для стенок нестандартного аквариума, решил помочь ему и предлагаю для опубликования следующие рассуждения и расчеты.

Поскольку господин Иванов не указал, какой он собирается делать аквариум, я выбрал для расчетов наиболее вероятный вариант (рис. 1). В данном случае наиболее загруженными в аквариуме будут (в порядке возрастания нагрузки):

- боковая стенка (короткая);

- боковая стенка (длинная);

- днище.

Рис. 1. Размеры рассчитываемого аквариума

На боковые стенки действует давление воды Р, убывающее к верхней кромке до нуля, то есть в среднем его значение равно давлению половине столба воды. А на днище давит весь столб воды (h=0,5 м). Таким образом, давление воды Р на днище аквариума составляет:

Погонная распределенная нагрузка q = р х b = 0,05 кг/см² х 40 см = 2 кг/см.

Нагрузка на днище вызывает изгиб уголков каркаса. Известно, что наиболее тяжелая деформация для материала - изгиб, следовательно, проверяя прочность уголков каркаса аквариума, расчет следует вести на изгиб.

Изгибающий момент равен:

Напряжение σ_n в балках (уголках) днища:

где Wz - момент сопротивления уголка 32 х 32 х 4 мм (равен 1 см³);

Таким образом, σ_n = 10 кг/мм², что допустимо для Ст3, то есть прочность уголков достаточна.

Проверку напряжения σ_x в стеклянном днище проводим, как проверку прямоугольной пластинки (L>b), поддерживаемой по контуру. Нагрузка равномерно распределена по всей поверхности пластинки (см. "Справочник машиностроителя" под редакцией С. Серенсена, Н.С. Ачеркана, изд. "Маштиз" 1951 год, том III, стр. 137).

где С₂ - коэффициент, зависящий от соотношения L/b; р - давление воды; b - ширина пластины; δ - толщина стекла (берем δ = 5 мм).

где С₃ - коэффициент, зависящий от соотношения L/b.

Как видно, напряжения σ не превышают 2 кг/см, что допустимо для листового строительного стекла, то есть взятое 5-миллиметровое стекло подойдет для аквариума указанных размеров.

Проверим также жесткость f стеклянного днища:

где С₁ - коэффициент, зависящий от значений b и δ;

Е - модуль Юнга (для стекла 6x105 кг/см²);

(остальные обозначения те же, что и выше).

Для увеличения жесткости целесообразно увеличить толщину стекла до 6...8 мм (хотя и 6 мм достаточно).

Если же нет такой возможности в каркасе для дна следует предусмотреть дополнительную опору или даже две (рис. 2).

Рис. 2. В качестве дополнительной опоры подойдет и уголок: 1 - уголок каркаса; 2 - ножка; 3 - опора (уголок)

От редакции. Честно говоря, пособием для расчета толщины стекла аквариума этот материал служить не может. Для подобных расчетов необходимо дополнительная справочная литература, например, "Справочник конструктора" (любой). Да и разобраться в терминологии без специальных знаний здесь будет сложно.