蓝宝石晶体炉的结构有限元分析

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蓝宝石晶体具有良好的机械性能、光学性能和化学稳定性,它被广泛应用于国防、半导体、集成电路等众多领域。随着现代科学技术的飞速发展,高纯净、大尺寸化、低成本、高质量地生长大尺寸蓝宝石单晶己成为当前面临的迫切任务。提高蓝宝石单晶生产能力的关键就是提高蓝宝石晶体生长设备的研发水平。研究和提高蓝宝石晶体炉的关键技术,对我国信息产业与光伏产业的快速发展具有重要的实际工程意义。  为了设计出安全适用、科学合理、稳定可靠的蓝宝石晶体生长设备,在紧密结合蓝宝石单晶牛长工艺技术要求,遵循蓝宝石单晶生长机理,满足产业化生产蓝宝石单晶的要求的前提下,除了考虑整机结构与布局、操作简单与方便、设计合理与工艺性良好之外,本课题重点从晶体炉的整体及局部变形、机械传动稳定性,设备运行的可靠性等方面进行分析。  首先,阐述了有限单元法的基本思想和原理,总结了运用有限单元法进行静力学分析和动力学分析的理论方法,介绍了有限元软件ANSYS Workbench平台的功能和使用。  接着,运用三维建模软件Pro/E建立蓝宝石晶体炉整机的三维模型,利用软件接口导入有限元软件ANSYS Workbench中建立了晶体炉整机的有限元模型。  其次,通过旎加载荷和约束边界,对晶体炉提拉系统和底座进行静力学分析,得到各个部件的变形云图和应力云图,校核其强度。  再次,通过对晶体炉整机进行模态分析,得到结构的低阶固有频率和振型,找出它的薄弱环节,避免共振带来的损失。  最后,通过对晶体炉整机进行谐响应分析,得到当底座在不同方向和不同大小简谐力作用下,籽晶杆端部的振幅值,为晶体炉的结构设计提供理论参考。  本文对蓝宝石晶体炉的静动态特性分析可为实际工程设计提供有效的参考。
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