氦氖激光陀螺铟封接系统设计优化与封接应力的研究

摘要

氦氖激光陀螺仪电极铟封接技术是维持微晶谐振腔真空环境的关键技术之一。本文以氦氖激光陀螺仪电极铟封接结构为研究对象，分析其残余应力和温度对封接疲劳失效的影响，设计了氦氖激光陀螺仪电极铟封接系统。主要内容如下:
　　基于弹塑性力学理论，分析了封接界面残余应力与挠度的关系，依据高等传热学理论，研究了封接过程中热量传递方式，得出了温度变化规律;构建激光陀螺仪电极-腔体铟封接结构的数学和物理模型，并依据封接过程确定求解边界条件，对铟封接结构残余应力进行理论计算和数值分析，获得了铟封接结构轴向、周向以及切向残余应力的变化规律;分析了铟丝环直径、铟合金化学计量比对铟封接残余应力的影响，优化了封接工艺参数，提高了谐振腔真空铟封接性能及封接强度，为激光陀螺仪电极热压铟封接系统后续设计提供了工艺参数与理论基础。
　　依据黏塑性流体方程与损伤演化理论，选用Anand黏塑性模型进行疲劳分析;根据几何对称性与载荷对称性简化铟封接结构，构建了二维有限元模型并给出边界条件及黏塑性参数;基于构建的有限元模型，分析循环温度工况下铟封接结构的疲劳失效问题，获得其失效趋势，依据塑性应变累积效应确定了危险节点，并对应力滞回环与温度棘轮出现的根本原因进行了分析。
　　基于前述铟封接模型的工艺参数、尺寸特征及封接技术难点，以提高加工效率为目的，确定了铟封接系统总体架构，研究了以下几方面内容:从封装夹具出发，确定了最优定位点分布，实现了封接状态中腔体的力闭合装夹，并对装夹可靠性进行了分析;从机身结构出发，对比了开式、闭式、半开式机身性能，选用了轻量化的半开式机身，设计了流水线嵌入式机身结构，并分析其最大角变形验证了机身可靠性;从热压机构出发，针对阴阳极特征差异分析了压力与热量传递方式，比对了不同原理的作业平台，并根据型面特征设计了真空夹紧系统;从力热测量出发，设计了带有温度补偿单元的压力传感器系统，构建了温度传感器控制系统，确定了位移传感器的位置分布并采用机器视觉建立准直检测系统。综合上述设计，搭建了氦氖激光陀螺仪电极铟封接系统的总体结构。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 铟封接技术概述

1．3 国内外研究现状

1．4 课题来源及主要内容

第二章 氦氖激光陀螺仪电极铟封接结构热塑性研究

2．1 铟封接结构性能分析

2．2 铟封接结构弹塑性理论分析

2．2．1 铟封接结构平衡方程

2．2．2 几何方程与本构关系

2．2．3 铟封接结构边界条件

2．3 铟封接结构热传递理论分析

2．3．1 热传递模型建立

2．3．2 热传递模型参量化

2．3．3 热传递模型数值解析

2．4 实际工况下铟封接结构残余应力分析

2．4．1 残余应力分布

2．4．2 工艺参数优化

2．5 本章小结

第三章 氦氖激光陀螺仪电极铟封接结构热疲劳失效研究

3．1 铟封接结构热疲劳失效理论分析

3．1．1 黏塑性本构模型

3．1．2 黏塑性流体方程

3．1．3 损伤演化理论模型

3．2 铟封接结构热疲劳失效模型选择

3．3 铟封接结构热疲劳失效有限元分析

3．3．1 物理模型及材料性能参数

3．3．2 单元类型选择

3．3．3 模型网格划分

3．3．4 载荷与边界条件

3．3．5 求解及结果分析

3．4 本章小结

第四章 氦氖激光陀螺仪铟封接系统设计

4．1 铟封接系统总体架构

4．1．1 封接工艺介绍

4．1．2 系统设计难点

4．1．3 系统总体架构

4．2 铟封接系统非标件设计模块

4．2．1 夹具设计准则

4．2．2 夹具可靠性理论分析

4．2．3 夹具整体设计

4．2．4 电极真空夹紧系统

4．2．5 机身结构设计

4．2．6 机身可靠性数值分析

4．3 铟封接系统热压机构设计

4．3．1 热压机构压力施加单元

4．3．2 热压机构温度施加单元

4．3．3 热压机构作业平台设计

4．4 铟封接系统测量单元

4．4．1 压力测量系统

4．4．2 温度测量系统

4．4．3 位移测量系统

4．4．4 准直检测系统

4．5 铟封接系统设计方案

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学生活动及成果情况