TFT-LCD基板本构参数确定及切割过程分析

摘要

我国对LCD的需求迅速增长，国内产品产量相当可观。同时，在其加工过程中也出现了许多制约生产效率的问题，其中LCD的玻璃基板成品率与刀轮使用寿命就是其中两个重要问题。
　　 在TFT-LCD显示器的玻璃基板切割为成品过程中，刀轮在刀头部件的支承下，刀轮首先压入玻璃基板，之后沿切割轨迹运动，对玻璃基板进行切割加工。切割过程中，刀轮受连续冲击作用严重影响了其使用寿命，而玻璃基板受刀刃作用产生的裂纹及其扩展成的沟槽对成品率起决定作用，故提高玻璃基板成品率与提高刀轮使用寿命两个问题是相互关联的。
　　 本文运用JHC(Johnson and Holmquist Ceramic Model)本构模型理论并将切割过程简化到二维平面，结合玻璃基板材料在切割过程中的动态力学性能与脆性特征建立了切割过程的计算模型，运用显式动力学有限元计算软件LS-DYNA进行了切割过程的数值模拟，并通过与沟槽实际切割效果对比反复修正本构参数，得出了较为适合TFT-LCD玻璃基板的JHC本构参数以及正常切割情况下刀轮的受力与沟槽仿真结果。
　　 在此基础上本文通过模拟仿真三种异常加工工况，获得了刀轮与刀轴不同配合状态下的刀轮受力及其沟槽仿真结果，并分析了对玻璃基板成品率与刀轮使用寿命的影响，最后还探索了影响数值模拟计算精度的主要因素，给出了提高计算精度的对策。
　　 本文主要内容有:
　　 1.综合弹性、弹塑性和JHC模型理论，确定应用JHC本构模型理论描述LCD玻璃基板材料在切割过程中的动态力学性能与脆性特征，运用显式动力学有限元计算软件LS-DYNA数值模拟切割加工过程。
　　 2.通过实验获得切割过程中加工工艺参数、沟槽形貌参数后结合JHC本构理论、材料力学性能建立简化了的切割过程的计算模型，编制计算程序得出“初步本构参数”。运用LS-DYNA软件建立切割过程的有限元模型后求得仿真结果，对比实际切割效果修正本构参数，往复循环仿真、对比、修正工作直至得出较为适合LCD玻璃基板数值模拟用的“最终本构参数”。
　　 3.使用所得“最终本构参数”进一步进行切割过程的仿真，分析刀轮与刀轴三种非正常配合状态时切割过程中的刀轮受力特征和切割沟槽的仿真效果。为实际切割加工中分析刀轮工作状态提供参照依据。
　　 4.根据大量的计算结果，分析控制计算的参数，总结出了影响数值模拟切割过程计算精度的主要因素，并给出了提高计算精度的对策。

目录

声明

摘要

本文所用符号注释表

第1章 绪论

1．1．引言

1．2．TFT-LCD玻璃基板切割方法与切割设备

1．2．1 TFT-LCD玻璃基板切割工艺过程

1．2．2 玻璃基板切割方法

1．2．3 切割设备简介

1．3．切割过程中的切割质量与刀轮刀轴寿命问题

1．3．1 玻璃基板边缘切割质量不良问题

1．3．2 刀轮使用寿命问题

1．4．TFT-LCD玻璃基板切割问题研究现状

1．5．TFT-LCD玻璃基板切割数值模拟技术的研究现状

1．6．本课题研究内容及研究意义

第2章 TFT-LCD玻璃基板切割过程的仿真理论分析

2．1．确定有限元计算理论

2．1．1 有限元计算理论的探讨

2．2．确定数值模拟切割过程的有限元计算软件

2．3．获得玻璃基板JHC本构参数的方法

2．4．本章小节

第3章 切割过程计算模型的建立

3．1．JHC本构模型的单元应力计算体系

3．1．1 J-HC本构模型的单元应力计算理论

3．1．2 完善JHC本构模型单元应力计算过程

3．2．建立切割过程计算模型

3．2．1 切割过程二维简化

3．2．2 建立切割过程计算模型

3．2．3 切割过程计算模型计算程序

3．3．本章小节

第4章 本构参数的确定

4．1．普通玻璃本构参数及JHC本构曲线特性

4．1．1 普通玻璃本构参数及本构曲线

4．1．2 JHC本构曲线特性

4．2．确定TFT-LCD玻璃基板本构参数

4．2．1 TFT-LCD玻璃基板力学性能

4．2．2 获得“初步本构参数”

4．2．3 通过修正获得“最终本构参数”

4．3．切割过程仿真结果分析

4．3．1 切割沟槽形貌分析

4．3．2 刀轮与刀轴和刀轮与玻璃基板两接触对接触力分析

4．4．本章小节

第5章 非正常切割过程仿真与分析

5．1．仿真结果与分析

5．1．1 刀轮绕刀轴z坐标轴偏斜一定角度

5．1．2 刀轮绕刀轴Y坐标轴偏斜一定角度

5．1．3 刀轮与刀轴无相对转动的仿真结果与分析

5．2．有限元法求解精度探讨

5．2．1 有限元模型建模网格划分质量对求解精度的影响

5．2．2 切割速度、刀轮顶角与计算精度关系

5．3．本章小结

第6章 总结与展望

6．1．总结

6．2．展望

参考文献

附录A 牛顿迭代法求单元瞬时密度

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文