Оптимизация параметров двухлучевой лазерной очистки кварцевого сырья

При помощи численного моделирования установлены значения технологических параметров, обеспечивающих эффективную двухлучевую лазерную очистку кварцевого сырья. Выполнена оптимизация двухлучевой лазерной очистки кварцевого сырья с использованием генетического алгоритма MOGA в программе ANSYS Workbench. С применением гранецентрированного варианта центрального композиционного плана эксперимента получена регрессионная модель двухлучевой очистки кварцевого сырья. В качестве варьируемых факторов принимали плотность мощности лазера с длиной волны излучения 10,60 мкм, плотность мощности лазера с длиной волны излучения 1,06 мкм, радиус частицы кварца, радиус частицы примеси и время обработки. В качестве откликов – максимальные температуры кварцевых частиц с примесью и без примеси. Проведена проверка регрессионной модели. Полученные результаты позволяют сделать вывод о наличии необходимого соответствия регрессионной модели данным конечно-элементного анализа. Выполнена оценка влияния параметров обработки на максимальные значения температуры кварцевых частиц. Оптимизацию двухлучевой лазерной очистки кварцевого сырья осуществляли по критерию минимума времени обработки при достижении значений максимальных температур кварцевых частиц с примесью температуры плавления и при ограничении значений максимальных температур кварцевых частиц без примеси значениями ниже температуры плавления. Оптимизацию выполняли для двух комбинаций размеров кварцевых частиц и частиц примеси. Проведено сравнение параметров, полученных в результате оптимизации, и параметров, полученных при конечно-элементном моделировании. Максимальная относительная погрешность данных, рассчитанных с использованием алгоритма MOGA, не превысила 2,5 % при определении максимальных температур. В результате моделирования установлены параметры обработки, использование которых обеспечит повышение производительности двухлучевой очистки кварцевого сырья.

1. Бокарев, В. Контактная литография в нанотехнологии / В. Бокарев, Е. Горнев // Наноиндустрия. 2010. № 5. С. 22–25.

2. Оптико-механические комплексы для бездефектного изготовления фотошаблонов 0,35 мкм и 90 нм / С. Аваков [и др.] // Фотоника. 2007. № 6. С. 35–39.

3. Иванов, Г. А. Технология производства и свойства кварцевых оптических волокон / Г. А. Иванов, В. П. Первадчук. Пермь: Изд-во Пермского нац. исслед. политехн. ун-та, 2011.

4. Установка для обогащения жильного кварца: пат. 9675 Респ. Беларусь, МПК (2006) С 03В 1/00 / Е. Б. Шершнев, Ю. В. Никитюк, С. И. Соколов.

5. Емельянов, В. А. Двулучевая лазерная очистка кварцевого сырья / В. А. Емельянов, Е. Б. Шершнев, С. И. Соколов // Доклады БГУИР. 2021. Т. 19, № 3. С. 40–48. http://dx.doi.org/10.35596/1729-7648-2021-19-3-40-48.

6. Инновационные технологии и оборудование субмикронной электроники / А. П. Достанко [и др.]; под ред. А. П. Достанко. Минск: Белар. навука, 2020. 260 с.

7. Nikityuk, Y. V. Optimization of Two-Beam Laser Cleavage of Silicate Glass / Y. V. Nikityuk, A. N. Serdyukov, I. Y. Aushev // J. Opt. Technol. 2022. No 89. Р. 121–125.

8. Никитюк, Ю. В. Оптимизация параметров лазерного раскалывания кварцевого стекла / Ю. В. Никитюк, А. Н. Сердюков, И. Ю. Аушев // Проблемы физики, математики и техники. 2021. Т. 49, № 4. С. 21–28.

9. Fonsecay, C. Genetic Algorithms for Multiobjective Optimization: Formulation Discussion and Generalization / С. Fonsecay, P. Flemingz // In Proceedings of the 5th International Conference on Genetic Algorithms. CA, USA. San Francisco: Morgan Kaufmann Publishers Inc., 1993. P. 416–423.

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

11. Multi-Objective Optimization of Microstructure of Gravure Cell Based on Response Surface Method / S. Wu [et al.] // Processes. 2021. Vol. 9, No 2. Р. 1–15. 12. Каплун, А. Б. ANSYS в руках инженера: практическое руководство / А. Б. Каплун, Е. М. Морозов, М. А. Олферьева. М.: Едиториал УРСС, 2003. 272 с.

12. Корицкий, Ю. В. Справочник по электротехническим материалам / Ю. В. Корицкий, В. В. Пасынков, Б. М. Тареев. Л.: Энергоатомиздат, 1988. Т. 3. 728 с.

13. Книпович, Ю. Н. Анализ минерального сырья / Ю. Н. Книпович, Ю. В. Морачевский. Л.: ГХИ, 1959. 1055 с.

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