为了在线预测硬脆材料磨削加工引起的亚表面损伤深度, 本文利用概率统计法对磨粒高度进行分析, 建立了刀具切削力与亚表层裂纹扩展深度之间的理论关系模型。首先, 基于硬脆材料的压痕断裂力学理论, 分析了中位裂纹扩展长度与磨粒压痕深度之间的内在关联。随后, 对刀具端面边缘的磨粒数目进行了数理统计, 建立了刀具切削力与单个磨粒切削深度之间的理论关系。在此基础上, 提出了工件亚表层损伤深度的在线预测模型SSDmax=1.284×SSDmaxtheo－36.23, 并结合BK7玻璃的实际磨削实验验证了其正确性。通过对比实验结果与理论模型的预测结果发现, 该方法可以在线、准确地预测磨削加工引起的工件亚表层损伤深度。

以金刚石压头划刻BK7光学玻璃为研究对象, 分析了脆性材料脆性去除过程中的声发射机制, 研究了声发射信号的特征提取技术。多种切深实验显示: BK7光学玻璃发生脆性去除的特征主要集中在［100, 200］kHz、［300, 400］kHz两个频段, 对应不同的声发射机制, 其中［100, 200］kHz频带的滤波信号呈现明显的、时间间歇的突发式声发射现象, 与脆性材料裂纹的生成与扩展密切相关。基于上述实验结果, 提出了以突发式声发射事件为单位的特征监测方法。针对该带通滤波信号的均方根值(RMS), 研究了基于凸优化理论的声发射事件识别算法, 得到了脆性材料裂纹扩展的时刻及能量信息。得到的结果表明: 以声发射事件为单位的特征监测具有明确的物理意义, 能够更加客观地表征脆性材料的去除过程。

利用Cu离子交换技术制备了BK7玻璃平面光波导,在632.8 nm波长下,用棱镜耦合技术测量出所制备波导的有效折射率,利用反WKB方法计算并确定了平面光波导的折射率分布,通过对折射率分布进行函数拟合,发现离子交换后的样品折射率分布近似符合改进后的高斯分布,样品的折射率分布似乎是一个掩埋波导的折射率分布,求出所制备玻璃平面光波导在570℃的扩散系数De≈1.2133×10-14 m2/s。同时,对所制备波导进行了电子显微镜(EMS)和次级离子质谱(SIMS)测试,得到了铜离子在玻璃表面的浓度分布,从而证明了实验所得到的BK7玻璃平面光波导是掩埋波导。这种掩埋平面波导是由单步Cu离子交换技术得到的。