基于XFEM的激光热裂法切割玻璃裂纹扩展研究

发布时间：2020-08-27 22:14

【摘要】：玻璃具有高硬度、高透光率和质量轻等优良特性,被广泛应用于生产生活中的各个方面,尤其是手持式便携电子设备的显示屏。传统机械切割玻璃的方法需要复杂的后续工艺,切割断面处会产生微裂纹和残余应力,而激光热裂法切割可以避免上述问题。研究激光热裂法切割玻璃裂纹扩展过程,探究切割参数对玻璃应力分布及裂纹扩展路径偏移的影响规律以提高切割质量具有重要的理论及应用意义。本文将对激光热裂法切割玻璃裂纹扩展机理及非对称切割裂纹扩展路径偏移现象进行研究。首先从传热学、断裂力学和热弹性力学的角度对激光热裂法切割玻璃的基本原理进行分析,探讨不同热源模式下,玻璃吸收热量的方式。利用ABAQUS软件建立有限元(FEM)模型,用FORTRAN语言编写激光移动热源程序,通过改变程序参数分别模拟不同热源模式和不同切割参数下玻璃热流密度场和温度场分布,得到切割参数对温度场及热流密度场的影响规律。基于扩展有限元法(XFEM)建立激光热裂法切割玻璃模型,模拟裂纹动态扩展过程,探究裂纹扩展的机理,得出裂纹稳定扩展的条件,研究非对称切割时玻璃表面及内部的应力分布。对激光热裂法非对称切割玻璃裂纹扩展路径偏移现象进行实验研究,将实验得出的数据与仿真数据进行对比分析,得出不同切割参数与不同切割位置对路径偏移量的影响规律。本文基于XFEM对激光热裂法切割玻璃裂纹扩展过程进行了分析,从玻璃温度场分布和应力场分布变化过程的角度给出了裂纹扩展机理,用实验与仿真相结合的方法,得出了非对称切割时不同切割参数及不同切割位置对裂纹扩展路径偏移量的影响规律。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ171.683
【图文】：

第 1 章 绪 论有机械强度高、透光性好、耐腐蚀和理化性质稳定等优点，在电子和家居装饰等多个领域得到应用[1-3]，在某些特定领域里，玻璃甚的应用前景[4-5]。现今社会，便携式电子设备已成为人们日常生活息市场调研机构 Display Search 预测，全球平板显示产业在 20成长率将达到 18%以上，到 2016 年产值将突破 1800 亿美元[6]。高强度、高硬度、高透光率的保护玻璃，如图 1-1 所示。为满显示器的需求，在生产过程中需要对玻璃进行切割，切割质量的果及其寿命有很大的影响。传统切割方法有工艺复杂、成本高和探索高质量、高效率和低成本的玻璃切割技术具有重要的理论

图 1-2 机械切割原理图[7]图 1-3 机械切割法加工玻璃断面[9]示为激光熔融法切割示意图，激光熔融法切割原理是：激光，产生的高温导致材料的融化和气化，在辅助气体用于吹走玻达到分离材料的目的[11-12]。目前，激光熔融法在硬金属和塑料

2图 1-3 机械切割法加工玻璃断面[9]光熔融法切割示意图，激光熔融法切割原理是高温导致材料的融化和气化，在辅助气体用于材料的目的[11-12]。目前，激光熔融法在硬金属根据激光的运动方式，可以将激光熔融法加工激光熔融法切割玻璃时，在材料的断面上极易并不能解决机械切割方法带来的后处理及微裂割方法的原理是：利用超短脉冲激光的超高能热至等离子体状态并用辅助气体吹走，因为作生的热影响区域很小，从较大程度上避免了残余

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本文编号：2806671