收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于SPH方法的石英玻璃超精密加工机理研究

郑桂林  
【摘要】:光学玻璃因其优异的物理性能,广泛地应用于航天、信息、能源、化工、微电子等领域。其中,石英玻璃又以其纯度高、耐高温、耐辐射、稳定性好等特点,作为性质较为优越的光学玻璃受到了广泛关注,在一些条件恶劣的情况下有着不可替代的作用。如今,石英玻璃精密和超精密加工工艺与技术已经成为先进制造领域研究的重点方向。然而由于其高脆性和高硬度,加工时容易出现裂纹和损伤,很难获得能满足日益发展的光学技术要求的超光滑表面。在微纳尺度上,仿真技术以其独特的优势,得到了越来越广泛的认可。而光滑粒子流体动力学(SPH)无网格仿真方法从原理上解决了有限元方法网格畸变的问题,尺度又契合当前超精密加工的极限精度,是一种非常有潜力的研究方法。基于以上的问题和现状,本文以切削和单颗磨粒磨削过程为切入点,针对石英玻璃超精密加工过程中材料分离模式、裂纹扩展规律、残余应力分布状况等现象进行分析预测,并开展相关实验验证了仿真的正确性,具体工作如下:首先,基于脆性材料本构特性,建立了石英玻璃SPH模型,模拟了石英玻璃超精密切削过程,分析了0.1~1?m多组切削深度下,材料去除模式和应变分布情况,以及不同刀具前角时切削过程中裂纹形成机理和其对超精密加工过程的影响。仿真结果表明:石英玻璃能在微纳尺度上实现塑性域去除。通过研究微裂纹与塑性应变的关系,在0°前角、10 m/s的切削速度、0.1?m刀具钝圆半径的仿真条件下,石英玻璃脆塑转变临界切削深度是0.18?m。刀具负前角切削可以得到更好的表面加工质量,说明负前角切削更适合石英玻璃超精密加工。其次,为了得到高质量的石英玻璃光学表面,采用SPH方法,对微纳米尺度下单颗磨粒磨削石英玻璃过程进行建模仿真,分析了多组加工深度下石英玻璃分离模式、磨削力、最大等效应力及残余应力的变化和其对亚表面损伤的影响。仿真结果表明:石英玻璃在磨削过程中能实现塑性域去除,该仿真条件下,脆塑转变临界加工深度为0.36μm,磨削力比大于1,裂纹在约1.2μm深度处停止扩展,为亚表面损伤深度的预测提供了依据。通过单颗粒高速磨削实验结果验证了仿真结果的合理性。最后,进行了石英玻璃纳米划痕实验,对比仿真结果,证明了仿真的正确性并补足了仿真的不足。划痕过程中,当恒定载荷使得划擦深度超过260nm时,有脆性断裂现象产生,但不明显,去除仍以塑性方式为主。稳态下摩擦系数存在差异,随着划擦深度的增加而增加,但增加趋势变缓。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 高德元,杨雨才;新型乳白石英玻璃材料生产线的研制[J];红外技术;2000年02期
2 ;聚晶石英玻璃[J];中国建材;2000年01期
3 南雪景,王承遇,史非,谷秀梅;熔融磷酸盐对石英玻璃侵蚀的机理及影响因素[J];材料导报;2000年12期
4 周永恒,谢康,顾真安;石英玻璃脱羟机理的研究[J];硅酸盐学报;2001年01期
5 王承遇,南雪景,陶瑛;熔融磷酸盐对石英玻璃侵蚀后表面形态的研究[J];玻璃与搪瓷;2002年04期
6 李刚;欧书方;赵敏健;;石英玻璃纤维的性能和用途[J];玻璃纤维;2007年04期
7 刘伟;王莉丽;刘连利;张艳萍;许鑫鑫;;石英玻璃中羟基含量测定的红外光谱法研究[J];渤海大学学报(自然科学版);2008年04期
8 ;石英玻璃上存储数据 可保存上亿年[J];电子产品可靠性与环境试验;2012年06期
9 ;高纯无水石英玻璃制备[J];科技促进发展;2013年05期
10 吴景梁;;掺铝石英玻璃管首次在我国研制成功[J];今日科技;1983年09期
11 王佳凡 ,石渤;影响石英玻璃纯度的因素及其改进意见[J];玻璃与搪瓷;1976年05期
12 何明学;;石英玻璃[J];玻璃;1980年04期
13 孙勃 ,金凤山;石英玻璃现状和发展方向[J];中国建材;1981年06期
14 葛世名;;石英玻璃结构研究的现状[J];玻璃;1981年02期
15 史向前;;振兴石英玻璃工业的新起点[J];玻璃;1983年06期
16 王礼云;常启宗;杨桂英;;国外石英玻璃科技动向[J];玻璃;1983年06期
17 刘连城;庄心安;高志刚;黄惟红;;石英玻璃制坨设备的研制[J];建筑材料科学研究院院刊;1987年01期
18 ;石英玻璃与石英玻璃研究所[J];中国建材;1988年02期
19 顾真安;;我国石英玻璃行业的技术进步[J];中国建筑材料科学研究院学报;1991年04期
20 翟守元,孟桂珍;透明石英玻璃硅石原料的加工[J];玻璃;1995年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杨雨才;杨铁生;;高性能石英玻璃均化炉[A];第十二届全国红外加热暨红外医学发展研讨会论文及论文摘要集[C];2009年
2 高祀建;;石英玻璃γ射线辐照性能[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年
3 高祀建;;γ射线辐照对电熔石英玻璃介电性质的影响[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年
4 洪璐;金小宁;;高纯石英玻璃原料[A];第四届高新技术用硅质材料及石英制品技术与市场研讨会论文集[C];2006年
5 Wim;刘明伟;;掺杂石英玻璃管[A];2012(杭州)中国长三角照明科技论坛论文集[C];2012年
6 孔敏;隋梅;王慧;王佳佳;;高性能石英玻璃精密退火工艺研究[A];2010全国玻璃技术交流研讨会论文集[C];2010年
7 ;功能彩色石英玻璃管的制造[A];广东省材料研究学会部分单位会员成果汇编[C];2005年
8 李海兵;蒋宝财;刘建军;林文正;胡丽丽;;脉冲氙灯用新型复合石英玻璃管性能的研究[A];中国硅酸盐学会特种玻璃分会第三届全国特种玻璃会议论文集[C];2007年
9 周永恒;;高品质石英玻璃原料技术[A];第四届高新技术用硅质材料及石英制品技术与市场研讨会论文集[C];2006年
10 李毅刚;何子安;汤恒晟;刘丽英;徐雷;王文澄;;溶胶-凝胶法制备低含水量石英玻璃体材料的研究[A];全国第三届溶胶—凝胶科学技术学术会议论文摘要集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 周永恒;石英玻璃及原料中羟基的研究[D];中国建筑材料科学研究院;2002年
2 王伟;石英玻璃的高效可控精密磨削机理研究[D];山东大学;2017年
3 邓涛;石英玻璃及石英光纤的抗辐射性能研究[D];武汉理工大学;2010年
4 唐晓成;基于SPH方法波浪与开孔沉箱式防波堤相互作用的数值研究[D];大连理工大学;2016年
5 陈耘辉;离子注入表面改性超精密加工机理及工艺的研究[D];天津大学;2014年
6 景秀并;超精密加工数值模拟与实验研究[D];天津大学;2010年
7 黄伟;基于双纵模同轴差动原理用于超精密加工在线检测的轮廓测量技术研究[D];四川大学;2006年
8 李军;硬脆材料超精密加工关键技术研究[D];中国科学院研究生院(理化技术研究所);2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郑桂林;基于SPH方法的石英玻璃超精密加工机理研究[D];大连理工大学;2017年
2 迟海军;紫外激光对石英玻璃损伤的研究[D];长春理工大学;2014年
3 胡炎;纳秒/皮秒激光对石英玻璃高精细加工的研究[D];北京工业大学;2015年
4 刘晓光;高精度石英玻璃管成型过程的实验研究[D];北京化工大学;2016年
5 彭文珍;基于CCOS小磨头抛光石英玻璃表面质量的评价与预测模型研究[D];天津大学;2014年
6 翟昌恒;光学石英玻璃纳米加工性能的研究[D];大连理工大学;2016年
7 田传鑫;基于材料去除机理的石英玻璃旋转超声端面铣削工艺研究[D];中北大学;2017年
8 李润强;石英玻璃表面的磨削裂纹激光修复和去应力工艺技术研究[D];山东大学;2017年
9 牛臣基;立式化学气相沉积石英玻璃工艺的热特性分析[D];哈尔滨工业大学;2012年
10 洪璐;石英原料中杂质的高温去除方法研究[D];苏州大学;2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 锐津;高纯石英原料探讨国产化[N];中国建材报;2004年
2 港湾;石英玻璃行业入世后的机遇与挑战[N];中国冶金报;2002年
3 孙丽丽 杨家茂;石英玻璃行业座谈“十二五”规划[N];中国建材报;2010年
4 王蕾;石英玻璃加工企业加强交流与沟通[N];中国建材报;2010年
5 中国照明电器协会 梁贞 叶欣;努力向石英玻璃生产强国迈进[N];消费日报;2011年
6 中国建筑材料科学研究总院石英与特种玻璃研究院 王玉芬;同游太空 石英玻璃飞天梦[N];中国建材报;2013年
7 顾真安 王玉芬;璀璨的石英玻璃[N];中国建材报;2004年
8 杨家茂;我国石英玻璃期待政策“东风”[N];中国建材报;2005年
9 中国建筑玻璃与工业玻璃协会 石英玻璃专业委员会 杨家茂;我国石英玻璃行业现状及国际市场[N];中国建材报;2005年
10 张晔;创新永远是推动企业发展的动力[N];科技日报;2005年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978