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主管单位 中华人民共和国
工业和信息化部
主办单位 哈尔滨工业大学 主编 李隆球 国际刊号ISSN 0367-6234 国内刊号CN 23-1235/T

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引用本文:王洪祥,严志龙,王景贺,周岩,白桦,翟文杰.光学元件研磨加工裂纹形成过程数值模拟[J].哈尔滨工业大学学报,2017,49(7):52.DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.201603060
WANG Hongxiang,YAN Zhilong,WANG Jinghe,ZHOU Yan,BAI Hua,ZHAI Wenjie.Numerical simulation of crack formation process in lapping fused silica optics[J].Journal of Harbin Institute of Technology,2017,49(7):52.DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.201603060
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光学元件研磨加工裂纹形成过程数值模拟
王洪祥,严志龙,王景贺,周岩,白桦,翟文杰
(哈尔滨工业大学 机电工程学院,哈尔滨 150001)
摘要:
针对传统有限元方法过度依赖于网格,计算时磨粒和工件接触区域的网格畸变严重,很难模拟脆性材料加工中材料内部裂纹的形成过程这一问题, 利用光滑粒子流体动力学法建立单个磨粒切削加工过程的FE/SPH耦合有限元模型,对熔石英材料研磨过程进行数值模拟,为脆性材料切削过程的仿真提供了新途径.系统分析研磨加工中亚表层裂纹的形成过程以及切削参数对亚表层裂纹深度的影响规律.仿真结果表明:磨粒刚开始切入工件时材料处于弹/塑性变形阶段,随后在磨粒的挤压及撕扯作用下,材料内部产生大量微裂纹, 微裂纹的合并、连通和扩展最终形成了平行于工件表面的横向裂纹和垂直于工件表面的纵向微裂纹,导致工件材料的脆性断裂去除.
关键词:  熔石英元件  光滑粒子流体动力学  亚表面裂纹  研磨加工  脆性材料
DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.201603060
分类号:TG580.692
文献标识码:A
基金项目:国家自然科学基金(6,9); 国防基础科研科学挑战专题(JCKY2016212A506-0503)
Numerical simulation of crack formation process in lapping fused silica optics
WANG Hongxiang,YAN Zhilong,WANG Jinghe,ZHOU Yan,BAI Hua,ZHAI Wenjie
(School of Mechatronics Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China)
Abstract:
The conventional finite element method is over-reliance on the mesh dimension, specifically, the mesh distortion is usually serious in the contact area of the abrasive particle and workpiece which makes it more difficult to simulate the formation process of internal cracks in brittle materials. To simulate the lapping process of fused silica optics, FE/SPH model of the machining process for a single abrasive particle was established. Then a new way to simulate the cutting process of brittle materials was provided. The formation process of subsurface crack and the influence of cutting parameters on subsurface damage depths were analyzed. Simulation results show that the brittle material is in the elastic-plastic deformation stage when abrasive particle is just beginning to cut into the workpiece, further amounts of microcracks arise under the extrusion and tear effects of the abrasive particle. The combination and extension of microcracks produced transverse and longitudinal cracks, which are parallel and perpendicular to the workpiece surface, respectively. Consequently, brittle-fracture removal of the workpiece material is completed.
Key words:  fused silica optics  smoothed particle hydrodynamics  subsurface cracks  lapping  brittle materials

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