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文檔簡介
1、碩士學位論文基于基于SPHSPH方法的石英玻璃超精密加工機理研究方法的石英玻璃超精密加工機理研究ResearchonUltraprecisionMachiningMechanismofFusedSilicaBasedonSPHMethod作者姓名:鄭桂林學科、專業(yè):機械制造及其自動化學號:21404017指導教師:郭曉光完成日期:2017年06月09日大連理工大學DalianUniversityofTechnology大連理工大學碩士學
2、位論文I摘要光學玻璃因其優(yōu)異的物理性能,廣泛地應用于航天、信息、能源、化工、微電子等領域。其中,石英玻璃又以其純度高、耐高溫、耐輻射、穩(wěn)定性好等特點,作為性質較為優(yōu)越的光學玻璃受到了廣泛關注,在一些條件惡劣的情況下有著不可替代的作用。如今,石英玻璃精密和超精密加工工藝與技術已經成為先進制造領域研究的重點方向。然而由于其高脆性和高硬度,加工時容易出現(xiàn)裂紋和損傷,很難獲得能滿足日益發(fā)展的光學技術要求的超光滑表面。在微納尺度上,仿真技術以其獨
3、特的優(yōu)勢,得到了越來越廣泛的認可。而光滑粒子流體動力學(SPH)無網(wǎng)格仿真方法從原理上解決了有限元方法網(wǎng)格畸變的問題,尺度又契合當前超精密加工的極限精度,是一種非常有潛力的研究方法?;谝陨系膯栴}和現(xiàn)狀,本文以切削和單顆磨粒磨削過程為切入點,針對石英玻璃超精密加工過程中材料分離模式、裂紋擴展規(guī)律、殘余應力分布狀況等現(xiàn)象進行分析預測,并開展相關實驗驗證了仿真的正確性,具體工作如下:首先,基于脆性材料本構特性,建立了石英玻璃SPH模型,模擬
4、了石英玻璃超精密切削過程,分析了0.1~1?m多組切削深度下,材料去除模式和應變分布情況,以及不同刀具前角時切削過程中裂紋形成機理和其對超精密加工過程的影響。仿真結果表明:石英玻璃能在微納尺度上實現(xiàn)塑性域去除。通過研究微裂紋與塑性應變的關系,在0前角、10ms的切削速度、0.1?m刀具鈍圓半徑的仿真條件下,石英玻璃脆塑轉變臨界切削深度是0.18?m。刀具負前角切削可以得到更好的表面加工質量,說明負前角切削更適合石英玻璃超精密加工。其次,
5、為了得到高質量的石英玻璃光學表面,采用SPH方法,對微納米尺度下單顆磨粒磨削石英玻璃過程進行建模仿真,分析了多組加工深度下石英玻璃分離模式、磨削力、最大等效應力及殘余應力的變化和其對亞表面損傷的影響。仿真結果表明:石英玻璃在磨削過程中能實現(xiàn)塑性域去除,該仿真條件下,脆塑轉變臨界加工深度為0.36μm,磨削力比大于1,裂紋在約1.2μm深度處停止擴展,為亞表面損傷深度的預測提供了依據(jù)。通過單顆粒高速磨削實驗結果驗證了仿真結果的合理性。最后
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