CO激光辐照下玻璃表面温度分布规律研究

摘要

平板玻璃的激光切割技术是一项很有前景的加工技术，它优于传统的玻璃切割技术，必将成为将来玻璃工业加工的主流。本文旨在研究激光与平板玻璃的作用机理，着重讨论了激光与玻璃作用玻璃的温度场分布，对成功进行平板玻璃的双光束切割奠定理论基础。
　　 本文首先对激光切割领域和玻璃的激光切割领域的国内外情况介绍，并阐述了本课题的目的、来源和意义。
　　 本文从经典的热传导方程来处理激光与玻璃作用的热传导过程。从连续介质的傅立叶方程导出激光与物质相互作用的热传导方程，进一步讨论了无限大和半无限大介质的热传导方程的解析解，并对其使用条件做了探讨。最后给出了激光功率密度分布为高斯型和矩形的热作用的计算公式。
　　 本文探讨了有限元法的理论基础，并利用大型有限元软件ANSYS进行建模，利用APDL语言编程，加载高斯型面热源，进行求解。得到了玻璃表面的温度场信息和温度循环图。并对求解中的存在的问题进行了探讨。
　　 本文重点进行了玻璃和激光相互作用的实验研究，利用红外热像仪进行了玻璃表面温度的测量。首先介绍了红外测温原理和装置及其相关参数，然后安排进行多组实验，继而利用matlab的强大数据处理功能进行了绘图，从实验中得到了玻璃的温度场分布和温度循环图。最后对影响实验结果的一些因素进行了讨论，并给出改进意见。
　　 文章最后对扫描激光与玻璃作用的过程进行了研究，得到了解析形式的温度分布，然后利用ANSYS数值模拟得到了温度场信息，最后从实验中获取数据得到扫描激光与玻璃作用的温度云图及其热循环图。
　　 总之，通过ANSYS计算和实验，我们发现理论和实际还是能够较好的吻合。通过多次实验研究不同作用过程，可以更清楚地研究不同参数对温度场的影响。通过实验可以验证理论计算的正确性，通过理论计算可以进行适当的预测，进而指导实验。