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玻璃板在局部冷却辅助下的激光热应力切割的仿真分析

作　者: 班勇婷
导　师: 陶伟明
学　校: 浙江大学
专　业: 固体力学
关键词: 局部冷却激光切割热应力裂纹扩展扩展有限元法
分类号: O346.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 79次
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内容摘要

随着激光诱导热应力控制断裂法分离脆性材料研究的深入,应用该方法切割陶瓷、硅片、玻璃等脆性材料得到了较多关注。本文通过有限元法及扩展有限元法分别对增设局部冷却后脆性材料在激光扫描过程中的裂纹扩展(激光热应力切割)情况进行数值模拟。首先研究了材料对称切割的过程,分析了在给定激光热源参数的情况下,冷源参数对温度场及应力场的影响,再通过调节冷源参数,优选了热源和冷源参数组合,并且给出了可完成连续切割的速度—功率范围。通过对钠钙玻璃材料板的有限元仿真验证了该方法的可行性,结果表明增设局部冷却可以增大可连续切割的速度—功率范围,并且加快裂纹扩展速度。另外通过扩展有限元法研究了非对称直线及曲线切割的情况,它可避免常规有限元法分析裂纹任意扩展时网格重新划分的问题。通过对方板沿1/4宽度直线切割、1/4圆弧切割、折线切割等多种非对称情况的数值模拟,分析了不同冷、热源参数下激光扫描路径和裂纹扩展路径的偏差,结果表明扩展有限元法是分析非对称切割过程的一种有效的方法,对有无局部冷却情况进行比较的结果表明,本文算例中局部冷却对切割的精度、质量影响不大。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-7
目次  7-9
1 绪论  9-19
  1.1 引言  9-10
  1.2 激光切割介绍  10-16
    1.2.1 激光切割的概况  10-12
    1.2.2 激光切割表面质量的影响因素  12-13
    1.2.3 几种常见的激光切割方法的研究  13-16
  1.3 裂纹扩展的仿真分析方法综述  16-17
  1.4 本文的主要工作  17-19
2 局部冷却辅助下的激光热应力切割的仿真分析及基础理论  19-31
  2.1 局部冷却辅助下的激光热应力的分析方法  19-22
  2.2 热应力计算  22-25
    2.2.1 热弹性力学理论  22-23
    2.2.2 热应力分析的有限元理论  23-25
  2.3 裂纹扩展分析方法  25-31
    2.3.1 断裂力学理论  25-28
    2.3.2 扩展有限元法模拟裂纹扩展  28-31
3 局部冷却对切割的影响  31-52
  3.1 引言  31-32
  3.2 有限元模型  32-33
  3.3 局部冷却参数影响  33-50
    3.3.1 温度场的仿真分析及讨论  33-40
    3.3.2 热应力场的仿真分析及讨论  40-50
  3.4 小结  50-52
4 扩展有限元法分析非对称直线及曲线切割  52-64
  4.1 引言  52-53
  4.2 非对称直线及曲线切割分析  53-63
    4.2.1 沿板的1/4处切割  53-57
    4.2.2 折线切割  57-59
    4.2.3 曲线切割  59-63
  4.3 小结  63-64
5 结论与展望  64-66
  5.1 总结  64
  5.2 展望  64-66
参考文献  66-70
作者简历  70
  个人信息  70
  教育背景  70
  主要项目经验  70
  主要社会实践  70
  发表论文  70

玻璃板在局部冷却辅助下的激光热应力切割的仿真分析

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