基于SPH方法的K9玻璃加工损伤及裂纹扩展研究
发布时间：2021-07-11 11:02
在航天及核聚变等领域,光学玻璃由于其物理性能、光学性能良好,被广泛应用。K9玻璃作为光学玻璃中应用较为广泛的一种,对其表面质量的要求也越来越高。目前,对K9玻璃的超精密加工工艺及加工方法已成为先进制造领域的重点研究方向。受限于材料本身的物理特性,K9玻璃是难加工的硬脆材料,加工过程中极易造成损伤,导致表面质量下降。对于裂纹如何产生及扩展过程,受限于难以在实验中观察获得,对此的研究极少。应用仿真手段研究材料在加工过程中的变化是一种极为有效的方法。应用光滑粒子流体动力学（SPH）方法能够实现与实际超精密加工尺度接近的仿真过程。本文基于当前研究的不足及实验过程难以观察的现状,应用光滑粒子流体动力学方法对K9玻璃的材料去除形式、加工损伤及裂纹扩展过程开展了一系列仿真研究,并进行了K9玻璃变切深刻划实验验证了仿真结果的正确性,具体工作如下:应用JH-2本构模型建立了K9玻璃的SPH单颗粒磨削的仿真模型及四种最常用的磨粒形状仿真磨削模型。通过对磨削力、磨削后表面质量的分析,得到:磨削深度为0.1μm时,K9玻璃可以实现完全的塑性域去除;在磨削深度为0.2μm时开始出现脆性断裂,在深度为0.4μm时...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1.绪论
1.1 课题来源、研究背景和意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 课题的研究背景和意义
1.2 K9玻璃加工损伤的研究现状
1.2.1 K9玻璃超精密加工损伤实验研究现状
1.2.2 光滑粒子流体动力学仿真超精密加工过程的研究现状
1.3 本文主要工作
2.材料断裂力学及SPH方法
2.1 引言
2.2 脆性材料断裂力学理论
2.2.1 Griffith的断裂能量理论
2.2.2 均匀拉伸下裂纹扩展原理
2.2.3 裂纹增长的可逆性
2.2.4 裂纹扩展方式及材料断裂韧性
2.3 SPH方法
2.3.1 SPH方法基础
2.3.2 材料模型分析
2.3.3 SPH仿真方法
2.4 本章小结
3.基于SPH方法的K9玻璃磨削加工损伤研究
3.1 引言
3.2 多磨削深度及磨粒形状建模
3.2.1 多深度磨削仿真建模
3.2.2 多形状磨粒磨削仿真建模
3.3 磨削原理
3.4 多深度磨削仿真分析
3.4.1 磨削力分析
3.4.2 磨削表面质量分析
3.5 多形状磨粒磨削仿真分析
3.5.1 磨削力及力比
3.5.2 材料能量分析
3.5.3 磨粒形状对表面质量影响
3.6 结论验证
3.7 本章小结
4.基于SPH方法的K9玻璃裂纹扩展研究
4.1 引言
4.2 单磨粒刻划K9玻璃建模
4.3 结果分析与讨论
4.3.1 SPH仿真分析
4.3.2 初始裂纹扩展
4.3.3 裂纹延迟扩展
4.3.4 理论模型验证
4.4 本章小结
5.K9玻璃变切深刻划实验研究
5.1 变切深刻划实验原理及设备
5.1.1 变切深刻划原理
5.1.2 划痕实验设备
5.1.3 K9玻璃表面检测
5.2 刻划实验结果分析
5.2.1 划痕形貌检测
5.2.2 裂纹扩展过程
5.2.3 刻划力验证
5.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]动力锂离子电池仿真模型研究进展[J]. 肖忠良,池振振,宋刘斌,曹忠,黎安娴. 化工进展. 2019(08)
[2]有限元仿真技术在刀具磨损研究中的应用[J]. 朱锐,徐增丙,王志刚. 机械科学与技术. 2019(09)
[3]光学玻璃进展（八）——大型天文望远镜镜坯玻璃（续）[J]. 蒋亚丝. 玻璃与搪瓷. 2018(06)
[4]TC4钛合金切削过程显微结构变化的研究[J]. 尹浩,郑雷. 机床与液压. 2018(23)
[5]神光Ⅱ激光装置研制[J]. 朱健强,陈绍和,郑玉霞,黄关龙,刘仁红,唐贤忠,张明科,徐振华,沈丽青,陈庆浩,彭增云,朱宝强,竺庆春,唐永兴,张伟清,唐福林,刘凤翘,毛楚生,朱俭,马伟新,李学春,杨琳,王树森,杨义,蔡希洁,林尊琪,范滇元,王世绩,顾援,邓锡铭. 中国激光. 2019(01)
[6]基于多层钎焊金刚石砂轮在线电解修整技术的超细晶硬质合金精密磨削研究[J]. 伍俏平,王煜,赵恒,郑维佳,邓朝晖. 机械工程学报. 2018(21)
[7]纤维增强复合材料切削仿真研究进展[J]. 徐锦泱,密思佩,明伟伟,安庆龙,陈明. 航空制造技术. 2018(22)
[8]基于SPH的大坝泄流过程仿真分析[J]. 何鲜峰,汪自力,张健锋,何启. 中国科学:技术科学. 2019(01)
[9]光学玻璃进展（八）——大型天文望远镜镜坯玻璃[J]. 蒋亚丝. 玻璃与搪瓷. 2018(05)
[10]基于纳米划痕的单晶锗脆塑转变实验研究[J]. 杨晓京,赵彪,罗良. 稀有金属材料与工程. 2018(10)
硕士论文
[1]基于SPH方法的石英玻璃超精密加工机理研究[D]. 郑桂林.大连理工大学 2017
[2]基于虚拟砂轮建模的打磨转速对钢轨打磨磨削行为影响[D]. 商维.西南交通大学 2017
[3]光学玻璃磨削亚表面裂纹分析及深度预测研究[D]. 冷冰.哈尔滨工业大学 2015
[4]碳化硅陶瓷精密磨削亚表面损伤及预测研究[D]. 刘民慧.哈尔滨工业大学 2014
[5]光学元件磨抛加工亚表面损伤分析与检测技术研究[D]. 吴沿鹏.厦门大学 2014
[6]光学玻璃纳米力学性能研究[D]. 张小冀.大连理工大学 2014
[7]光学玻璃单颗磨粒磨削过程的仿真与实验研究[D]. 李志鹏.哈尔滨工业大学 2013
[8]基于SPH法的超精密切削过程仿真研究[D]. 魏延军.大连理工大学 2013
本文编号：3277976
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1.绪论
1.1 课题来源、研究背景和意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 课题的研究背景和意义
1.2 K9玻璃加工损伤的研究现状
1.2.1 K9玻璃超精密加工损伤实验研究现状
1.2.2 光滑粒子流体动力学仿真超精密加工过程的研究现状
1.3 本文主要工作
2.材料断裂力学及SPH方法
2.1 引言
2.2 脆性材料断裂力学理论
2.2.1 Griffith的断裂能量理论
2.2.2 均匀拉伸下裂纹扩展原理
2.2.3 裂纹增长的可逆性
2.2.4 裂纹扩展方式及材料断裂韧性
2.3 SPH方法
2.3.1 SPH方法基础
2.3.2 材料模型分析
2.3.3 SPH仿真方法
2.4 本章小结
3.基于SPH方法的K9玻璃磨削加工损伤研究
3.1 引言
3.2 多磨削深度及磨粒形状建模
3.2.1 多深度磨削仿真建模
3.2.2 多形状磨粒磨削仿真建模
3.3 磨削原理
3.4 多深度磨削仿真分析
3.4.1 磨削力分析
3.4.2 磨削表面质量分析
3.5 多形状磨粒磨削仿真分析
3.5.1 磨削力及力比
3.5.2 材料能量分析
3.5.3 磨粒形状对表面质量影响
3.6 结论验证
3.7 本章小结
4.基于SPH方法的K9玻璃裂纹扩展研究
4.1 引言
4.2 单磨粒刻划K9玻璃建模
4.3 结果分析与讨论
4.3.1 SPH仿真分析
4.3.2 初始裂纹扩展
4.3.3 裂纹延迟扩展
4.3.4 理论模型验证
4.4 本章小结
5.K9玻璃变切深刻划实验研究
5.1 变切深刻划实验原理及设备
5.1.1 变切深刻划原理
5.1.2 划痕实验设备
5.1.3 K9玻璃表面检测
5.2 刻划实验结果分析
5.2.1 划痕形貌检测
5.2.2 裂纹扩展过程
5.2.3 刻划力验证
5.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]动力锂离子电池仿真模型研究进展[J]. 肖忠良,池振振,宋刘斌,曹忠,黎安娴. 化工进展. 2019(08)
[2]有限元仿真技术在刀具磨损研究中的应用[J]. 朱锐,徐增丙,王志刚. 机械科学与技术. 2019(09)
[3]光学玻璃进展（八）——大型天文望远镜镜坯玻璃（续）[J]. 蒋亚丝. 玻璃与搪瓷. 2018(06)
[4]TC4钛合金切削过程显微结构变化的研究[J]. 尹浩,郑雷. 机床与液压. 2018(23)
[5]神光Ⅱ激光装置研制[J]. 朱健强,陈绍和,郑玉霞,黄关龙,刘仁红,唐贤忠,张明科,徐振华,沈丽青,陈庆浩,彭增云,朱宝强,竺庆春,唐永兴,张伟清,唐福林,刘凤翘,毛楚生,朱俭,马伟新,李学春,杨琳,王树森,杨义,蔡希洁,林尊琪,范滇元,王世绩,顾援,邓锡铭. 中国激光. 2019(01)
[6]基于多层钎焊金刚石砂轮在线电解修整技术的超细晶硬质合金精密磨削研究[J]. 伍俏平,王煜,赵恒,郑维佳,邓朝晖. 机械工程学报. 2018(21)
[7]纤维增强复合材料切削仿真研究进展[J]. 徐锦泱,密思佩,明伟伟,安庆龙,陈明. 航空制造技术. 2018(22)
[8]基于SPH的大坝泄流过程仿真分析[J]. 何鲜峰,汪自力,张健锋,何启. 中国科学:技术科学. 2019(01)
[9]光学玻璃进展（八）——大型天文望远镜镜坯玻璃[J]. 蒋亚丝. 玻璃与搪瓷. 2018(05)
[10]基于纳米划痕的单晶锗脆塑转变实验研究[J]. 杨晓京,赵彪,罗良. 稀有金属材料与工程. 2018(10)
硕士论文
[1]基于SPH方法的石英玻璃超精密加工机理研究[D]. 郑桂林.大连理工大学 2017
[2]基于虚拟砂轮建模的打磨转速对钢轨打磨磨削行为影响[D]. 商维.西南交通大学 2017
[3]光学玻璃磨削亚表面裂纹分析及深度预测研究[D]. 冷冰.哈尔滨工业大学 2015
[4]碳化硅陶瓷精密磨削亚表面损伤及预测研究[D]. 刘民慧.哈尔滨工业大学 2014
[5]光学元件磨抛加工亚表面损伤分析与检测技术研究[D]. 吴沿鹏.厦门大学 2014
[6]光学玻璃纳米力学性能研究[D]. 张小冀.大连理工大学 2014
[7]光学玻璃单颗磨粒磨削过程的仿真与实验研究[D]. 李志鹏.哈尔滨工业大学 2013
[8]基于SPH法的超精密切削过程仿真研究[D]. 魏延军.大连理工大学 2013
本文编号：3277976
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