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《哈尔滨工程大学》 2016年
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光纤熔融拉锥成形过程数值模拟及其实验研究

王端涛  
【摘要】:光纤技术在航空航天、卫星、制导武器、医疗、通信等军用和民用领域的应用日益广泛和深入,人们对信息传输效率的提升日益迫切,基于光的波分复用、频分复用、时分复用等技术的全光网络(AON)、光纤到户(FTTP)的发展与普及具有划时代的意义,而这些技术的发展与实现需要具有对光进行传输、耦合、分束及干涉处理功能的光纤耦合器来实现。光纤熔融拉锥法制作的锥形光纤耦合器是应用最广泛的一种。本文从制造科学的角度分析光纤熔融拉锥流变成形过程。通过分析光纤材料粘弹特性并通过六阶PRONY级数予以表达,建立了材料本构方程,通过有限元软件建立有限元模型,对光纤熔拉成形过程进行了数值模拟,实现了热结构耦合分析,分析了预热阶段光纤温度场的形成以及拉锥阶段锥形变化,提高了仿真结果的精确性。本文分别以拉伸速度和拉伸长度为变量,分别以0.05mm/s、O.1mm/s、0.15 mm/s的拉伸速度,用电加热拉锥平台分别拉制特定时间间隔下和特定拉伸长度下的多组样品。利用实验和仿真结果,分别从锥区形状变化趋势、锥腰直径(最小直径)、锥区轮廓曲线、锥区表面质量四个方面对数值模型进行验证。仿真和实验结果在锥区形状变化趋势上保持一致,仿真所得锥腰直径与实验结果平均误差较小,结果表明本文所建立的数值模型具有较好的精确度,并分析了工艺参数对锥形形状的影响。对其锥形形状分布进行统计分析,通过曲线拟合及数据分析,建立了锥形形状曲线计算方程。本文在常用分段拟合e指数函数中,用光纤处于转变温度附近的长度代替加热区域的长度,并将处于加热区外至低温未变形区(中间段)区间的e指数函数项增加为2项,提高了拟合精度。利用一段三次多项式函数对锥区(锥腰和过渡区)完整拟合,拟合精度较高。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TN253

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