激光加工石英微通道过程中热应力的研究

发布时间：2018-03-22 10:25

  本文选题：激光　切入点：石英玻璃　出处：《贵州大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着激光技术的不断发展,激光打孔、切割技术加工石英玻璃比传统加工方法有着巨大的优势。本文研究了激光辐照石英玻璃时的热作用过程,主要讨论了热处理过程中的温度场、热应力场和热位移变化,为在石英上制作微通道实验提供了理论帮助。本文从经典的傅里叶热传导方程出发研究了激光与材料的热作用过程,建立了相应的激光热源函数,并讨论了激光辐照固体材料时各种模型的温度场解析解。本文首先使用有限差分处理激光照射石英玻璃后的一维热传导方程,计算得到石英表面和轴向温度场分布,分析了连续、脉冲激光对相互作用过程中温度场变化的影响,并讨论了有热累计效应时对温度场的影响。计算了高斯脉冲辐照时的温度场解析解,并模拟计算径向温度分布情况。考虑热传导过程中的热辐射和热对流对温度场的影响,利用有限元法计算了温度场和热应力场。讨论了激光脉冲宽度为ns、ms和不同重复频率辐照石英玻璃,不同的激光参数对表面温度变化的影响。基于温度场的研究,接着利用热弹性理论计算了热作用过程中的产生的von Mises应力、径向应力和热位移分布。
[Abstract]:With the continuous development of laser technology, laser drilling and cutting technology has a great advantage over traditional processing methods. The thermal process of laser irradiation on quartz glass is studied in this paper. The changes of temperature field, thermal stress field and thermal displacement during heat treatment are discussed. In this paper, the thermal interaction process between laser and material is studied based on the classical Fourier heat conduction equation, and the corresponding laser heat source function is established. In this paper, the analytical solutions of the temperature field of various models for laser irradiation of solid materials are discussed. Firstly, the one-dimensional heat conduction equation after laser irradiation on quartz glass is used to calculate the surface and axial temperature field distribution of quartz. The influence of continuous, pulsed laser on the temperature field during the interaction process is analyzed, and the influence of the thermal accumulative effect on the temperature field is discussed. The analytical solution of the temperature field under the irradiation of Gao Si pulse is calculated. The radial temperature distribution is simulated and calculated. The effects of heat radiation and heat convection on the temperature field are considered. The temperature field and thermal stress field are calculated by finite element method. The influence of different laser parameters on the surface temperature change is discussed. Then, the distributions of von Mises stress, radial stress and thermal displacement in the process of thermal action are calculated by thermoelastic theory.
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN249

【相似文献】

相关期刊论文 前7条

1 何跃娟;彭青;张薇;;金属管材中周向激光热应力场的有限元分析[J];应用激光;2009年04期

2 曾令可，，张功元;陶瓷坯体烧成过程中热应力场的三维有限无分析[J];硅酸盐学报;1994年03期

3 胡少虬,张辉,杨立斌,林高用,张颖;7075铝合金厚板淬火温度场及热应力场的数值模拟[J];湘潭大学自然科学学报;2004年02期

4 李敬钦;潘炜;罗斌;熊悦;;掺镱双包层光纤激光器热应力场的理论研究[J];激光杂志;2007年03期

5 陈彦北;陆建;倪晓武;;激光作用金属板材的温度场和热应力场[J];华中科技大学学报(自然科学版);2007年S1期

6 孙冬野,秦大同,刘清友,诸文农;湿式多片制动器热应力场有限元分析[J];农业机械学报;1998年04期

7 ;[J];;年期

相关会议论文 前1条

1 程亮;黄文星;韩静涛;;铸造凝固过程中热应力的数值模拟方法探讨[A];2007轧钢与锻造过程中的裂纹控制技术学术研讨会论文集[C];2007年

相关硕士学位论文 前10条

1 黄雅洁;圆筒热力耦合冲击下热应力场的有限元分析及MATLAB编程[D];昆明理工大学;2015年

2 朱兰;雾化气体淬火过程应力场的数值模拟及实验研究[D];昆明理工大学;2015年

3 齐明光;首钢2250加热炉板坯热应力场的模拟研究及其在控制系统中的应用[D];东北大学;2013年

4 严会文;激光加工石英微通道过程中热应力的研究[D];贵州大学;2015年

5 孙丽文;铸钢件三维热应力场数值模拟技术研究[D];中北大学;2007年

6 马兆敏;铸造凝固过程三维温度场及热应力场有限元技术研究[D];广西大学;2002年

7 向智;基于MATLAB平台有限单元法的铸造热应力场数值模拟[D];华中科技大学;2011年

8 张铁桥;基于ABAQUS的7050铝合金试件淬火温度场及热应力场模拟研究[D];昆明理工大学;2013年

9 傅显钧;基于ANSYS的铸造过程热应力场双向耦合的数值模拟[D];华中科技大学;2011年

10 张彬;基于ABAQUS的铸件准固态区热应力场数值模拟技术[D];华中科技大学;2011年

本文编号：1648242