有限元學科作為一種新興的專業軟件分析技術，分析數學，材料力學，特別是數字信息技術的快速發展極大地推動了產業和學科進步，本文基于ANSYS有限元顯式動力分析軟件，模擬拋光時的運動狀態，改變聚氨酯材料拋光絲的彈性模量進行多次仿真計算，分析不同彈性模量的聚氨酯拋光絲對拋光時玻璃表面應力和波動率的影響大小。

模擬仿真時應該注意對時步和對沙漏的控制，應盡量避免出現沙漏模態，以確保模擬的準確性和計算效率；網格劃分一般分為四面體和六面體網格，系統一般會優先選擇四面體網格；材料模型的選擇上，本次仿真模擬拋光過程所用的材料是通過選擇LS-DYNA的本構模型的基礎上修改其中所需參數來進行分析計算的主要參數見表1。

表1　材料參數

本文主要從對比不同彈性模量的聚氨酯與玻璃拋光摩擦時玻璃受到的力學變化分析，并且根據分析后的變化進一步分析單元的等效應力應變云圖。下圖為4個運動應力變化分別在2 ms、10 ms和20 ms和40 ms的情況下的云圖。

圖1　不同時刻的應力云圖

拋光絲的波動率變化，拋光絲在Z軸方向的位移量會導致表面應力發生大的變化，工件表面的壓力不穩定會進一步影響整個工件表面的平整度，在高速轉動的情況下會使工件產生脆性斷裂，因為聚氨酯拋光絲是一種彈性體，這就要求在選擇材料的時候不一定彈性模量越高越好，同時還要考慮其波動率。

圖2　10 MPa下Z軸速度變化

圖3　20 MPa下Z軸速度變化

圖4　30 MPa下Z軸速度變化

圖5　40 MPa下Z軸速度變化

由折線圖可以較為明顯地看出彈性模量在10 MPa和40 MPa情況下波動要大于彈性模量20 MPa和30 MPa。

通過設置不同彈性模量的聚氨酯拋光絲，共進行4組有限元仿真，得出以下幾個結論：（1）玻璃等效應力和聚氨酯拋光絲彈性模量成正比，隨著聚氨酯拋光絲彈性模量的增加，等效應力也相應增加，而應力增加也對應在拋光時摩擦力增加，相對的材料去除率也就增加；（2）等效應力波動率并非和彈性模量成正比，波動率在10 MPa的時候最小，為36.3%；（3）隨著聚氨酯拋光絲的彈性模量的增大，聚氨酯沿Z方向的最大速度逐漸下降，且波動率情況在在20 MPa和30 MPa的時候要小于10 MPa和40 MPa的時候。

綜合分析，在彈性模量為30 MPa的情況下，不僅波動率較小，并且還能產生較高的應力，是4組彈性模量中最適合的。

來源：玻璃雜志

作者：李端 李煥峰等