Усовершенствование метода неразрушающего контроля компакт-дисков

• Автор: Чугреев, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 130 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ КОМПАКТ-ДИСКОВ
1.1. Описание объекта исследования
1.2. Производство компакт-дисков
1.2.1. Репликация
1.2.2. Дубликация
1.3. Обзор методов исследования компакт-дисков
1.3.1. Аналитические методы
1.3.2. Численные методы
1.3.3. Экспериментальные методы
1.4. Действующая система контроля качества компакт-дисков
1.5. Критерии прочности компакт-дисков
1.6. Выводы
2. АНАЛИТИЧЕСКОЕ И ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПАКТ-ДИСКОВ
2.1. Аналитический расчет бездефектного компакт-диска при вращении с разными скоростями
2.2. Численный анализ вращения бездефектных и дефектных компакт-дисков с использованием МКЭ
2.2.1. Модель бездефектного компакт-диска
2.2.2. Модель компакт-диска с радиальным трещиновидным концентратором
2.2.3. Модель компакт-диска с окружным трещиновидным концентратором
2.2.4. Расчет коэффициентов запаса прочности компакт-дисков

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. В настоящее время на большинстве предприятий широко используются компьютеры и автоматизированное производственное оборудование, что обуславливает необходимость широкого применения различных носителей информации. Одними из самых распространенных носителей информации являются оптические компакт-диски (КД) различных видов.
КД как объект контроля представляет собой многослойный диск с отверстием в центре, имеющий толщину 1,2 мм и внешний радиус 60 мм. КД различных типов имеют различную внутреннюю структуру, при этом все КД изготавливаются из поликарбоната и имеют металлизированное отражающее покрытие, а также могут иметь слои из различных материалов для записи информации, клеевой слой и наружный слой с нанесенным изображением. При производстве такого объекта неизбежно появление несплошностей, отклонений от номинальных геометрических размеров, анизотропии в свойствах материалов, из которых изготовлен КД. Причем, с увеличением информационной емкости КД растет число слоев, соответственно снижается их толщина, и повышаются требования к качеству изготовления КД.
КД хранятся и эксплуатируются в самых разнообразных климатических условиях и могут подвергаться различным механическим воздействиям (изгибные деформации, удары, падения и т.п.), что также способствует как образованию новых эксплуатационных дефектов, так и росту производственных.
Из практики эксплуатации известны случаи деформирования, растрескивания и разрушения КД, приводящие к потерям информации и выходу оборудования из строя. Вместе с тем, на сегодняшний день КД на этапах производства и эксплуатации контролируются преимущественно с точки зрения целостности записанных на них данных (также контролируются некоторые геометрические параметры и величина двулучепреломления материала), а их механическая прочность практически не оценивается. Одной из причин данной ситуации является

то, что на сегодняшний день не существует удобных для практического применения неразрушающих способов оценки механической прочности и опасности разрушения КД.
Поскольку поликарбонат, из которого изготавливаются КД, обладает высокой оптической прозрачностью и свойством двулучепреломления, для контроля КД целесообразно применять неразрушающие оптические методы, такие как лазерная интерферометрия и фотоупругость. Для анализа опасности различных режимов эксплуатации КД и различных дефектов КД целесообразно использование метода конечных элементов, широко применяемого для решения задач оценки прочности и опасности разрушения в различных областях науки и техники. Сочетание экспериментальных оптических методов и численных расчетов позволяет повысить качество и скорость контроля, что в конечном итоге приведет к повышению качества выпускаемых КД.
Вышесказанное позволяет сделать вывод о том, что усовершенствование неразрушающего контроля КД путем применения оптических методов контроля в сочетании с численным конечноэлементным анализом является актуальной задачей.
Цель работы. Усовершенствование метода неразрушающего контроля КД путем комплексного применения оптических методов определения прочности, плоскостности и разнотолщинности КД в сочетании с конечно-элементным анализом данных.
Задачи исследования:
- разработка комплексного метода оптического неразрушающего контроля КД и экспериментальной установки для его реализации;
- анализ существующих неразрушающих методов контроля качества КД;
- экспериментальное исследование физических процессов в неподвижных КД различных типов (в том числе с несплошностями) при различных внешних климатических условиях (температура, влажность) и их изменении;

где 10 - интенсивность источника света, а - параметр изоклины (угол между горизонтальной осью координат и направлением главного напряжения Оь отсчитываемый против часовой стрелки), 5 - оптическая разность хода (запаздывание между световыми волнами Е1, прошедшей по направлению действия главного напряжения оь и Е2, прошедшей по направлению действия главного напряжения а2; эта разность возрастает с ростом разности сц - о2), X - длина волны источника света.
Анализ выражения (1.5) показывает, что в случае монохроматического источника света фотоупругая картина состоит из двух систем темных полос, являющихся геометрическим местом точек, в которых интенсивность света на выходе из полярископа равна нулю. Первая система полос - это изоклины, геометрическое место точек на поле модели, в которых ориентация главных напряжений 01 или о2 совпадает с плоскостью поляризации (а = 0° или а = 90°). Вращая скрещенные поляризатор и анализатор одновременно на. фиксированные углы, можно построить поле изоклин и, таким образом, экспериментально определить-направление главных напряжений в каждой точке исследуемого объекта [53].
Вторая система полос связана со значением оптической разности хода 5, а следовательно, с величиной разности 01 - о2. Из выражения (1.5) следует, что минимум интенсивности света будет наблюдаться в тех точках, в которых отношение 5 / X кратно целому числу. Это отношение называется порядком полосы. Положение второй системы полос на фотоупругой картине не зависит от ориентации креста поляризации, но существенно зависит от длины волны источника света. В случае применения белого света получается картина полос, окрашенных в разные цвета, поэтому данные полосы называют изохромами.
Таким образом, на поле объекта контроля, освещенного белым светом, наблюдаются две системы полос - цветные изохромы, на которые