Научно-технический
«ОПТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ»
издается с 1931 года
 
   
Русский вариант сайта Английский вариант сайта
   
       
   
       
Статьи последнего выпуска

Электронные версии
выпусков начиная с 2008


Алфавитный указатель
2000-2010 гг


444
Архив оглавлений
выпусков 2002-2007 гг


Реквизиты и адреса

Вниманию авторов и рецензентов!
- Порядок публикации
- Порядок рецензирования статей
- Типовой договор
- Правила оформления
- Получение авторского вознаграждения
- Редакционная этика


Контакты

Подписка

Карта сайта




Журнал с 01.12.2015 допущен ВАК для публикации основных результатов диссертаций как издание, входящее в международные реферативные базы систем цитирования (Web Science, Scopus) (см. Vak.ed.gov.ru Перечень журналов МБД 16.03.2018г)

Оптимизация двухлучевого лазерного раскалывания силикатного стекла

DOI: 10.17586/1023-5086-2022-89-02-80-86

УДК 621.791.78

 

Юрий Валерьевич Никитюк1, Анатолий Николаевич Сердюков2, Игорь Юрьевич Аушев3

1, 2Гомельский государственный университет им. Ф. Скорины, Гомель, Беларусь

3Университет гражданской защиты МЧС Республики Беларусь, Минск, Беларусь

1nikitjuk@gsu.by  Scopus ID: 6507883018   http: //orcid.org/0000-0002-4405-644X  

2serdyukov@gsu.by  Scopus ID: 6701524916  http: //orcid.org/0000-0002-8068-4224

3ai@ucp.by    http://orcid.org/0000-0003-4425-2085

Адрес для связи: Никитюк Юрий Валерьивич nikitjuk@gsu.by

Аннотация

Предмет исследования. В работе на основании численного моделирования определены значения технологических параметров, обеспечивающие эффективное двухлучевое лазерное раскалывание силикатных стёкол. Метод. Осуществлена многокритериальная оптимизация двухлучевого лазерного раскалывания стеклянных пластин с использованием генетического алгоритма MOGA, встроенного в модуль DesignXplorer программы ANSYS Workbench. Основные результаты. Расчёт температур и термоупругих напряжений выполнялся методом конечных элементов в квазистатической постановке в рамках несвязанной задачи термоупругости с использованием языка программирования APDL. С использованием гранецентрированного варианта центрального композиционного плана эксперимента была получена регрессионная модель двухлучевой резки стекла. В качестве варьируемых факторов использовались скорость обработки, мощность лазера с длиной волны излучения 10,6 мкм, радиус пятна излучения пучка с длиной волны излучения 10,6 мкм, мощность лазера с длиной волны излучения 1,06 мкм, радиус пятна излучения пучка с длиной волны излучения 1,06 мкм. В качестве откликов использовались максимальные температуры и напряжения растяжения в зоне лазерной обработки. Проведена проверка регрессионной модели на тестовом наборе данных. Полученные результаты позволяют сделать вывод о наличии необходимого соответствия регрессионной модели данным конечно-элементного анализа. Выполнена оценка влияния технологических параметров обработки на максимальные значения температуры и напряжений растяжения в зоне лазерной обработки. Установлено, что на максимальные температуры наибольшее воздействие оказывают скорость обработки и параметры лазерного пучка с длиной волны излучения 10,6 мкм, а на максимальные напряжения растяжения существенное влияние оказывают все варьируемые факторы. Оптимизация двухлучевого лазерного раскалывания стекла выполнялась для двух вариантов постановки задачи: по критерию максимума растягивающих напряжений и по критериям максимума растягивающих напряжений и максимума скорости обработки. Проведено сравнение параметров, полученных в результате оптимизации, и параметров, полученных в результате конечно-элементного моделирования. Максимальная относительная погрешность результатов, полученных при использовании алгоритма MOGA, не превысила 5% при определении максимальных температур и 9% при определении максимальных термоупругих напряжений в зоне лазерной обработки. Практическая значимость. В результате моделирования установлены параметры обработки, использование которых на практике обеспечит значительное повышение производительности и надёжности двухлучевой лазерной резки.

Ключевые слова: лазерное раскалывание, стеклянная пластина, оптимизация, MOGA, ANSYS

Ссылка для цитирования: Никитюк Ю.В., Сердюков А.Н., Аушев И.Ю. Оптимизация двухлучевого лазерного раскалывания силикатного стекла // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 2. С. 80–86. DOI: 10.17586/1023-5086-2022-89-02-80-86

Код OCIS: 350.3390.

 

Список источников 

1.    Lumley R.M. Controlled separation of brittle materials using a laser // Am. Ceram. Soc. Bull. 1969. V. 48. P. 850–854.

2.   Мачулка Г.А. Лазерная обработка стекла. М.: Сов. радио, 1979. 136 с.

3.   Бокуть Б.В., Кондратенко В.С., Шалупаев С.В. и др. Термоупругие поля в твёрдых телах при их обработке лазерными пучками специальной геометрии. Минск: препринт Института физики АН БССР, 1987. 59 с.

4.   Кондратенко В.С. Способ резки неметаллических материалов // Пат. Российская федерация № 2024441. 1994.

5.   Nisar S., Li L., Sheikh M. Laser glass cutting techniques — a review // Journal of Laser Applications. 2013. V. 25. № 4. P. 042010-1–042010-11.

6.   Шалупаев С.В., Шершнев Е.Б., Никитюк Ю.В. и др. Двухлучевое лазерное термораскалывание хрупких неметаллических материалов // Оптический журнал. 2005. Т. 73. № 5. С. 62–66.

7.    Junke J., Xinbing W. Cutting glass substrates with dual-laser beams // Optics and Lasers in Engineering. 2009. V. 47. P. 860–864.

8.   Сысоев В.К., Вятлев П.А., Чирков А.В. и др. Концепция двухлазерного термораскалывания стеклянных элементов для космических аппаратов // Вестник «ФГУП НПО им. С.А. Лавочкина». 2011. № 1. С. 38–44.

9.   Бессмельцев В.П., Булушев Е.Д. Оптимизация режимов лазерной микрообработки // Автометрия. 2014. Т. 50. № 6. С. 3–21.

10. Parandoush P., Hossain A. A review of modeling and simulation of laser beam machining // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2014. V. 85. P. 135–145.

11.  Емельянов В.В., Курейчик В.В., Курейчик В.М. Теория и практика эволюционного моделирования. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. 432 с.

12.  Красновская С.В., Напрасников В.В. Обзор возможностей оптимизационных алгоритмов при моделировании конструкций компрессорно-конденсаторных агрегатов методом конечных элементов // Весцi Нацыянальнай акадэмii навук Беларусi. Серыя фiзiка-тэхнiчных навук. 2016. № 2. С. 92–98.

13.  Fonsecay C., Flemingz P. Genetic algorithms for multiobjective optimization: Formulation discussion and generalization // In Proceedings of The 5th International Conference on Genetic Algorithms. CA, USA. San Francisco: Morgan Kaufmann Publishers Inc., 1993. P. 416–423.

14.  Odu G.O., Charles-Owaba O.E.  Review of multi-criteria optimization methods theory and applications // IOSR Journal of Engineering. 2013. V. 3(10). P. 1–14.

15.  Wu S., Xing J., Dong L., Zhu H. Multi-objective optimization of microstructure of gravure cell based on response surface method // Processes. 2021. V. 9. № 403. P. 1–15.

16.  Grififths J., Dowding C. Optimization of process parameters in laser transmission welding for food packaging applications // Procedia CIRP.74. 2018. P. 528–532.

17.  Grebenişan G., Salem N. The multi-objective genetic algorithm optimization, of a superplastic forming process, using ANSYS® // MATEC Web of Conferences. 2017. V. 126. P. 03003.

18. Ansys.com — Официальный сайт компании ANSYS.

19.  Стекло. Справочник / Под ред. Н.М. Павлушкина. М.: Стройиздат, 1973. 487 с.

20.      Моргунов А.П., Ревина И.В. Планирование и анализ результатов эксперимента. Омск : Изд-во ОмГТУ, 2014. 343 с.

 



 
Назад 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Далее