Упруго-пластические течения в мишени при облучении интенсивными потоками заряженных частиц

• Автор: Красников, Василий Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 140 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1 . Обзор

1.1. Основные процессы взаимодействия интенсивных потоков заряженных частиц с веществом

1.1.1. Характеристики пучков заряженных частиц

1.1.2. Механизмы потери энергии частицами пучка и функция энерговыделения

1.1.3. Эффекты облучения

1.1.4. Структурные превращения в мишени при мощном электронном облучении

1.1.5.Структурные превращения в мишени при мощном ионном облучении

1.2. Обзор экспериментальных данных по интенсивным ударным воздействиям на металлы

1.2.1. Структурные превращения в металлах при квазистатических и интенсивных нагружениях
1.2.2.Регистрация напряжений и профиля ударной волны
1.2.3.Связь упруго-пластических свойств металлов и профиля ударной волны
1.3. Обзор подходов к моделированию пластичности металлов при интенсивных воздействиях
1.3.1. Эмпирические модели пластичности
1.3.2. Дислокации в теории упругости
1.3.3. Дислокационные модели пластичности
1.4. Обзор работ по моделированию распространения волн напряжений при облучении
Выводы к первой главе
Глава 2. Упруго-пластические течения в веществе при импульсном нагружении
2.1. Система уравнений механики сплошной среды
2.2. Пластическая дисторсия и движение дислокаций
2.3. Эволюция ансамбля дислокаций
2.4. Полная система уравнений и метод решения
2.5. Результаты численного моделирования
2.5.1. Параметры модели
2.5.2.Распространение ударной волны в монокристаллическом алюминии
2.5.3.Распространение ударной волны в поликристаллическом алюминии
2.5.4.Генерация ударной волны в алюминии при облучении
2.5.5.Распространение ударной волны в титане
2.5.6.Распространение ударной волны в меди
2.5.7.Распространение ударной волны в железе
Выводы ко второй главе
Глава 3. Исследования упруго-пластических течений в мишени при
облучении интенсивными потоками заряженных частиц
3.1. Закономерности формирования распределения плотности дислокаций в приповерхностном слое и в объеме мишени
3.2. Моделирование воздействия ультракоротких пучков на мишень
3.3. Сглаживание рельефа поверхности мишени
Выводы к третьей главе
Заключение
Приложение
Список публикаций автора
Список литературы
Введение
В настоящее время для модификации поверхностных и объемных свойств материалов широко используются методы, связанные с воздействием на вещество интенсивных потоков энергии с плотностью мощности >105 Вт-см"2 (электронных, ионных и лазерных пучков) [1]. Среди преимуществ таких методов обработки перед традиционными отметим малое время и возможность обработки образцов сложной геометрии, простоту автоматизации процесса в технологических целях. Во многом воздействие пучков напоминает влияние традиционных способов нагружения, таких как высокоскоростное соударение или нагружение взрывом. Специфика, пучковых методов' воздействия на вещество связана с влиянием быстропеременных температурных полей и достижением экстремально высоких скоростей деформации. Использование мощных потоков энергии перспективно для исследования’ фундаментальных свойств вещества при быстром* вводе энергии, ведущем к формированию неравновесных состояний, характеризующихся' высокими градиентами температуры И' напряжений, также исследования1 в этой области вызывают значительный интерес в направлении создания теоретических основ радиационных технологий.
Как правило, для модификации материалов используют ионные пучки с энергией частиц, не вызывающей ядерные реакции [2], низкоэнергетические сильноточные электронные пучки (НСЭП - энергия частиц составляет десятки кэВ) [3] и высокоэнергетические сильноточные электронные пучки (ВСЭ1Т - энергия частиц составляет сотни кэВ) [4]. Длительность импульса ионных пучков составляет десятки и сотни наносекунд. Длительность электронных пучков варьируется в достаточно широком диапазоне от единиц наносекунд до сотен микросекунд. Одно из последних достижений в создании, ускорителей - электронный ускоритель с субнано- и пикосекундной длительностью пучка [5]. Плотность тока для электронных и ионных пучков варьируется в диапазоне от десятков А/см2 до единиц кА/см2.

1.2.3. Связь упруго-пластических свойств металлов и профиля ударной волны
Распространение ударной волны в твердом теле сопровождается распадом первоначально плоского профиля напряжений на две волны, первую называют упругой частью либо, иначе, упругим предвестником, вторую — пластической частью волны. На рис. 1.14 показано, как с течением времени первоначальный вид плоской ударной волны разделяется вследствие различия скоростей распространения на упругий предвестник и пластическую часть. Упругий предвестник распространяется со скоростью близкой продольной скорости звука в кристалле с, [73], скорость пластической части волны определяется объемной скоростью звука
сь=^Щр. (2.4)
Рис. 1.14. Вид исходной и расщепленной ударной волны в идеально пластичном металле.
Такое расщепление связанно с тем, что сдвиговые напряжения в материале ограничены некоторой величиной, называемой пределом текучести. На фронте упругого предвестника происходит рост сдвиговых напряжений до величины предела текучести, затем наступает стадия