基于SPH方法对多晶硅裂纹扩展的数值模拟

发布时间：2021-08-05 00:03

　　应用非动力学软件Autodyn-2D对多晶硅受冲击载荷作用而损伤开裂的连续介质离散化过程进行了研究。采用光滑粒子流体动力学（SPH）方法,分别模拟了不同宽度的钨合金锤在不同的位置以不同的冲击速度对多晶硅靶板的冲击过程,分析了不同冲击载荷下的裂纹产生与扩展方式,得出了锤头冲击速度、冲击面宽度、冲击位置对多晶硅裂纹与碎片粒度的影响结果。综合仿真结果表明,当锤头冲击速度小于25 m/s时,多晶硅的起裂点随着冲击速度的增大向中轴线靠近;当冲击速度大于25 m/s时,主裂纹扩展长度不再增加,但分叉裂纹密度增大;当冲击速度大于40 m/s时,裂纹扩展基本不变;当锤头宽度为20 mm,冲击速度为40 m/s,采用击打多晶硅中心位置的打击方式,能有效将多晶硅的破碎尺寸控制在5～90 mm之间,大大减少了多晶硅浪费。 

【文章来源】：湖南工业大学学报. 2020,34(03)

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

光滑函数W的支持域和问题域

冲击损伤裂纹扩展过程图

图2 冲击损伤裂纹扩展过程图由图2可以得知,当用平头锤以40 m/s的速度冲击多晶硅靶板时,首先在与多晶硅靶板接触区域的两端产生严重的局部损伤(如图2a,T=1 μs时所示);随后,裂纹沿着两端损伤向靶板的两侧进行扩展,直至靶板的两侧边界形成“八”字形裂纹,同时接触区域下部萌生出微裂纹并形成“∧”形主裂纹。随着损伤的积累,主裂纹迅速向下延伸扩展,然后主裂纹再缓慢扩展,直至贯穿整个靶板。同时,碎块间的相对碰撞会让几条“∧”形裂纹产生分叉裂纹并且连通相邻的“∧”形裂纹。整个冲击过程中,在1～18 μs时间段,裂纹扩展速度不断增加;在18～26 μs时间段,裂纹扩展速度慢慢减小;到26～31 μs时段时,裂纹几乎停止扩展,此时已经达到40 m/s冲击速度的破碎极限。


本文编号：3322653