超声振动作用下玻璃材料磨削加工亚表面裂纹的研究.pdf

《超声振动作用下玻璃材料磨削加工亚表面裂纹的研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文超声振动作用下玻璃材料磨削加工亚表面裂纹的研究（应用型）RESEARCHONSUBSURFACECRACKSINGRINDINGOFGLASSMATERIALUNDERULTRASONICVIBRATION王志强哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TG506.5学校代码：10213国际图书分类号：621.7密级：公开工程硕士学位论文超声振动作用下玻璃材料磨削加工亚表面裂纹的研究硕士研究生：王志强导师：周明教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG506.5U.D.C:

2、621.7DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONSUBSURFACECRACKSINGRINDINGOFGLASSMATERIALUNDERULTRASONICVIBRATION(Applied)Candidate：WangZhiqiangSupervisor：Prof.ZhouMingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringD

3、ateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要光学玻璃因其组织结构的高度均匀性、光学性能的一致性及稳定性、可以实现多种光学功能等性质，在相关工程领域有广泛的应用，但光学玻璃硬度高、断裂韧性低、不耐冲击的特点使其在传统的磨削成型加工中难以保证工件加工精度和质量的要求。超声振动磨削加工具有减少切削力、降低切削温度、提高加工效率等技术优势，但是目前光学玻璃工件在高频超声形成的高速冲击作用下的裂纹成核及扩展机制及材料破坏形式尚不明确，超声振动作用下光学玻

4、璃亚表面裂纹损伤预测的研究仍不完善，因此进行超声振动作用下光学玻璃磨削加工中亚表面裂纹的研究，对实现光学玻璃的精密低损伤加工具有重要的参考意义与理论价值。高频超声振动作用下BK7光学玻璃的动态力学性能研究是进行光学玻璃超声振动磨削加工中亚表面微裂纹扩展机制研究的基础。本文通过霍普金森压杆实验获得了高频振动冲击作用下材料的应力-应变曲线及破坏形式，并采用三波法公式计算得到了在相应压力值下BK7光学玻璃材料的应力、应变及应变率等动态力学性能参数。结合BK7光学玻璃霍普金森压杆实验仿真分析，将BK7光学玻璃在高应变率下的实验波形与仿真波形进行了对比分析，验证了仿真模型的有效性。利用实验仿真结果分

5、析了高速冲击作用下BK7光学玻璃的破坏形式变化，对Johnson-Holmquis-Ceramics本构模型的相关参数进行了调整，为后续BK7光学玻璃微裂纹扩展过程的数值模拟研究提供了理论依据。光学玻璃超声振动磨削加工中产生的亚表层微裂纹是导致材料去除及形成亚表面损伤的主要原因。本文采用光滑粒子流体动力学及有限元耦合方法，基于适用于高应变率情况下BK7光学玻璃材料的Johnson-Holmquis-Ceramics本构模型，对BK7光学玻璃超声振动辅助刻划过程进行仿真模拟，并进行了相应的BK7光学玻璃超声振动辅助刻划加工，将实验结果和仿真结果进行了对比分析，验证了仿真模型的可靠性，并分别对

6、恒定切深、变切深条件下亚表面裂纹成核及扩展过程进行了分析。结合超声振动作用下磨粒运动学的分析，研究了刻划参数对刻划力、刻划表面裂纹的影响。以此为基础，为进一步分析实际磨削过程中磨削参数及超声振动参数对光学玻璃亚表面裂纹扩展深度的影响，进行了BK7光学玻璃超声振动磨削工艺实验，为后续超声振动磨削中BK7光学玻璃亚表面裂纹扩展深度模型的建立提供了理论与实验依据。I哈尔滨工业大学工程硕士学位论文对超声振动磨削加工中BK7光学玻璃亚表面裂纹深度进行有效预测对于加工参数的优选、提高加工质量、减少后续研抛工艺加工余量等有着重要意义。本文基于脆性材料的断裂力学和冲击动力学的相关理论，结合高速冲击作用下亚

7、表面裂纹成核及扩展分析，推导出了亚表面裂纹深度和表面粗糙度值之间的关系，建立了BK7光学玻璃超声振动磨削亚表面损伤预测模型，并在不同磨削加工参数条件下进行超声振动磨削加工验证试验，验证了亚表面裂纹深度理论预测模型的有效性。关键词：光学玻璃；动态力学性能；亚表面裂纹；预测模型II哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractDuetohighuniformityofitsstructure,consistencyandst