Tytuł artykułu
Treść / Zawartość
Pełne teksty:
Identyfikatory
Warianty tytułu
Analiza termicznego rozszczepienia materiałów kruchych za pomocą wiązek laserowych o specjalnej geometrii
Konferencja
Composites and Ceramic Materials - Technology, Application and Testing (12 ; 16-18 May 2011 ; Białowieża, Poland)
Języki publikacji
Abstrakty
In this paper the numerical modeling of allocation of thermoelastic fields which are formed during controllable laser thermosplitting in fragile nonmetallic materials is executed within the limits of theory of elasticity. Modeling is executed for laser beams with a cross-section in the form of an ellipse, a circle, and the semi-ring and theirs combination. The classical circuit of realization of the given method consists of the superficial heating of a material by a laser beam and the aftercooling of this zone by means of a refrigerating medium. Thus the crack which is organized in the zone of refrigerating medium supply follows a laser beam along a treatment line. On the basis of thermoelastic fields allocation shown, that application of the classical circuit of the given method realization with the use of elliptic beams possesses a number of the disadvantages, one of which is the quick deflection of a crack from a line of influence of a laser beam and refrigerating fluid at treatment close to collateral border of the sample. Thus the crack is progressed in a direction to collateral border of the sample. It is displayed, that application of special geometry beams allows to diminish degree of effects of a treatment line closeness to boundary line of the sample on crack development. The positive effect is attained by forming a compression stress zone not only ahead and under field of a refrigerating medium effects where the crack is initialized and explicated, but also on each side of zone of a refrigerating medium effects, that in one's turn does not allow a crack to be deflected aside.
W pracy przedstawiono wyniki obliczeń numerycznych rozkładu pól termosprężystych, powstających w procesie kontrolowanego laserowego termicznego rozszczepienia kruchych materiałów niemetalicznych. Obliczenia, zgodnie z teoria sprężystości, wykonano dla wiązek laserowych o przekroju eliptycznym, pierścieniowym, pół-pierścieniowym oraz ich kombinacji. Klasyczna metoda praktycznej realizacji eksperymentu polega na powierzchniowym rozgrzaniu materiału wiązka laserową i następnie schłodzeniu rozgrzanego obszaru chłodziwem. Przy takim postępowaniu, w obszarze schładzanym powstaje mikropękniecie. Wzrasta ono za wiązką laserową, wzdłuż linii obróbki materiału. Na podstawie analizy rozkładu pól termosprężystych wykazano, że klasyczny schemat realizacji eksperymentu, z wiązka o przekroju elipsy, cechuje wiele niedoskonałosci. Jedną z nich jest duże odchylenie od linii oddziaływania wiązki laserowej, przy obróbce materiału w poblizu krawędzi próbek. Dowiedziono, że zastosowanie wiązek laserowych o specjalnej geometrii, zmniejsza wpływ powierzchni granicznej próbki na generacje mikropękniecia. Poprawe jakości obróbki materiału uzyskać można w wyniku powstania naprężeń ściskajacych nie tylko w obszarze schładzanym, gdzie powstaje i rozwija się mikropęknięcie, ale także z obu bocznych stron wiązki laserowej. Wówczas nie jest możliwa propagacja mikropękniecia w kierunku bocznym.
Wydawca
Czasopismo
Rocznik
Tom
Strony
1149--1155
Opis fizyczny
Bibliogr. 17 poz., rys., tab.
Twórcy
autor
autor
autor
autor
- Department of Physics, "Gomel State University By F. Skorina", Sovetskaya Street 104, 246019 Gomel, Republic Of Belarus
Bibliografia
- [1] R. M. Lumley, "Controlled separation of brittle materials using a laser", Am. Ceram., Soc. Bull. 48, 850-854 (1969).
- [2] G. A. Machulka, Laser glass treatment, Moscow, Sovetskoe radio, 1979.
- [3] B. V. Bokut, V. S. Kondratenko, S. V. Shalupaev, etc. "Thermoelastic fields in solids at laser beams treatment of special geometry", Preprint Institute of physics AC BSSR, 59 (1987).
- [4] V. S. Kondratenko, "The method of cutting of non-metallic materials", Patent 2024441, Russian federation, 1994.
- [5] S. V. Shalupaev, E. B. Shershnev, Y. V. Nikitjuk, etc. "Laser thermosplitting of dielectrics", Ceramics. Polish Ceramic Bulletin 65, 75-83 (2001).
- [6] V. A. Emeljanov, V. S. Kondratenko, S. V. Shalupaev, etc. "The analysis of laser thermo-splitting quartz glass peculiarities", Electronics. hardware. Laser engineering and optoelectronics 3(59), 90-92 (1991).
- [7] S. V. Shalupaev, A. V. Semchenko, Y. V. Nikitjuk, "Silica gel glasses after laser radiation", Material Science 21(4), 495-501 (2003).
- [8] S. V. Shalupaev, E. B. Shershnev, Y. V. Nikitjuk, "Laser separation of glass in a plane parallel surface", Proceedings of the Francisk Skoryna Gomel State University 6(9), 114-117 (2001).
- [9] S. V. Shalupaev, E. B. Shershnev, Y. V. Nikitjuk, etc. "Treatment by a method of laser thermosplitting of ceramic and glass work of the tubular shape", Ceramics. Polish ceramic bulletin 79, 115-120 (2003).
- [10] N. N. Shabrov, A finite element method in calculations of thermal engines items. St. Petersburg, Engineering industry, 1983.
- [11] I. K. Kikoin, V. G. Averin, B. A. Aronzon, Tables of physical quantities: Reference book,. Moscow, Atomizdat, 1976.
- [12] L. D. Kovalenko, Bases of a thermoelasticity, Kiev, Naukova dumka, 1970.
- [13] Masahiro Yamada, Miyagi, "Secondary harmonic generator having waveguides for a laser beam", US patent 4, 913, 117, 1990.
- [14] S. V. Shalupaev, E. B. Shershnev, Y. V. Nikitjuk, A. A. Sereda, "Two-beam laser thermo-splitting of brittle nonmetallic materials", Optical journal 75(3), 62-66 (2005).
- [15] S. V. Shalupaev, M. Aleksiejuk, Y. V. Nikitjuk, A. A. Sereda, A. S. Pobijaha, "Laser thermosplitting of ceramic-metal sandwich like structures with acoustical surveillance of microcrack propagation, Archive of Mettalurgy and Materials 54, 4, 963-968 (2009).
- [16] S. V. Shalupaev, E. B. Shershnev, Y. V. Nikitjuk, "Two-beam laser treatment of materials in manufacture of electronic engineering products", Proc. INTERMATIC-2004, 1, 133-135 (2004).
- [17] S. V. Shalupaev, Y. V. Nikitjuk, A. A. Sereda, "Two-beam laser thermo-splitting of fragile non-metallic materials of the tubular shape", Proc. The Laser physics and optical technology 2, 227-230 (2008).
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-article-BSW3-0100-0037