光学玻璃镜片模压成型的温度场及应力场有限元仿真研究

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光学玻璃镜片广泛应用于通讯、测量、成像与生产制造领域。近年来,随着市场对于光学玻璃镜片的需求日益增加,模压成型方法作为目前最先进的光学镜片制造技术发展迅速,该方法生产效率高,并可实现精密光学玻璃镜片的大规模生产。在模压成型方法中,温度对镜片成型有重要的影响,应力是衡量镜片质量的关键指标,两者与模具的使用寿命也密切相关。采用传统方法很难测量镜片及模具内部的温度和应力,更无从了解其传热机理和应力历程。为了给工艺的优化提供理论依据,本文对模压成型方法进行了温度场和应力场的有限元仿真。首先,文章在第一章介绍了模压成型方法的背景和基本原理,综述了有限元法和模压成型有限元仿真技术的研究现状,提出了对该方法进行有限元仿真的目的。二章介绍了非线性有限元法,详细阐述了传热学的基本理论和有限元求解。然后,基于MSC.Marc软件,建立了圆柱玻璃平压的轴对称仿真模型。在第三章的温度场计算中,将玻璃热力学参数与温度的非线性关系定义到材料特性中,认为玻璃温度的升高主要来源于模具的固体导热和氮气对流传热。在第四章的应力场计算中,使用广义Maxwell粘弹性应力模型描述高温下玻璃的变形行为,并充分考虑了玻璃与模具之间的摩擦效应。在对计算结果的分析中,讨论了圆柱玻璃内部温度场和应力场的时间变化历程,同时研究了摩擦系数对摩擦力和等效应力的影响。最后,在第五章介绍了非球面光学玻璃透镜非等温模压成型方法。该方法是在保证非球面镜片光学质量的前提下,以延长模具使用寿命和提高生产效率为目的提出的。为了优化工艺,对其进行了热机耦合有限元分析,对比了非等温模压和等温模压的优劣,获得了玻璃与模具的最优温度组合。
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