Моделирование разномасштабных необратимых процессов в условиях высокоэнергетических воздействий

• Автор: Букрина, Наталья Валерьевна
• Шифр специальности: 01.02.04, 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 198 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАННЕ ЯВЛЕНИЙ

ПЕРЕНОСА ПРИ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКЕ И СОЕДИНЕНИИ МАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ

1.1 Общие представления о способах обработки материалов

1.2 Моделирование теплофизических процессов при обработке

и соединении материалов

1.3 Моделирование изотермической диффузии в твердых

средах и сопутствующих явлений

1.4 Механические напряжения, сопровождающие процесс

обработки

1.5 Совмещенные модели

1.6 Проблемы численного моделирования
1.7 Заключение
2. ОБЩАЯ ФОРМУЛИРОВКА ЗАДАЧИ
2.1 Система связанных уравнений тепло и массопереноса
2.2. Потоки тепла и массы
2.3 Замыкание задач тепло и массопереноса
2.4 Основные уравнения теории термо и массоупругости
2.5 Возможные упрощения
3. АЛГОРИТМ ЧИСЛЕННОГО РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
НЕИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ДИФФУЗИИ
3.1 Прототип алгоритма
3.2 Использование разных сеток для описания разных
физических процессов
3.3 Заключение
4. ОДНОМЕРНЫЕ ЗАДАЧИ О ФОРМИРОВАНИИ
ПЕРЕХОДНЫХ ДИФФУЗИОННЫХ ЗОН
Остывание наплавленного покрытия
Математическая постановка задачи
Анализ численных результатов
Обработка системы металлпокрытия импульсным
потоком электронов
Математическая постановка задачи
Результаты численного исследования модельной задачи
Перераспределение температуры и концентраций в системе
медное покрытие железная подложка при импульсной
электроннолучевой обработке
Оценка напряжений
Анализ численных результатов
Заключение
ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ
ПЕРЕХОДНЫХ ЗОН В ПРОЦЕССЕ БОМБАРДИРОВКИ
НИТРИДНОГО ПОКРЫТИЯ КОМБИНИРОВАННЫМ
ПОТОКОМ ИОНОВ
Математическая постановка задачи
Алгоритм численного решения и оценка параметров
Некоторые результаты численного исследования модели .
Оценка напряжений
Анализ численных результатов
Заключение
ФОРМИРОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ЗОН ПРИ ОБРАБОТКЕ ГЕТЕРОГЕННОГО МАТЕРИАЛА Математическая модель процесса электроннолучевой обработки
Задача теплопроводности Подзадача для частиц
Результаты численного исследования задачи
Растворение частиц
Оценка механических напряжений в зоне обработки гетерогенного материала Анализ численных результатов Заключение
ТРЕХМЕРНАЯ МОДЕЛЬ ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ МАТЕРИАЛА С ПОКРЫТИЕМ С УЧЕТОМ УСАДКИ ПОРОШКОВОГО СЛОЯ
Постановка задачи Неподвижный источник Движущийся источник Заключение
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ


В этом случае температура температурное поле единственная независимая характеристика, через которую определяются все остальные движение фазовых границ, скорость протекания химических реакций, массоперенос легирующих примесей и т. Воздействие концентрированных потоков энергии на вещества приводит к поглощению части падающей энергии и к образованию в объеме и на поверхности тела теплового источника, пространственновременные характеристики которого определяются энергетическими параметрами потока, свойствами среды, в которой находится обрабатываемый материал, а так же физическими свойствами тела , . Одним из основных результатов воздействия концентрированных потоков энергии на материалы является перенос тепла и массы, это приводит к формированию определенной зоны обработки материала. Возникает необходимость анализа наблюдаемых и предсказания возможных фазовых и структурных превращений в поверхностных слоях материалов под воздействием высокоэнергетических потоков энергии методами математического моделирования, которые дают возможность получения необходимой качественной и количественной информации о скоростях нагрева и охлаждения, временах достижения температуры плавления и испарения при различных заранее заданных условиях проведения экспериментальных исследований. Аналитическая теория теплопроводности основана на дифференциальном уравнении теплопроводности. Вывод этого уравнения основан на применении закона сохранения энергии, сочетаемого с законом теплопроводности Фурье . ДжкгК р плотность, кгм время, с. Круг задач теории теплопроводности обширен и непрерывно пополняется большим количеством новых результатов. Принципиальной стороной аналитической теории теплопроводности является возможность варьирования классическими методами дифференциальных уравнений математической физики при решении рассматриваемой краевой задачи , . Это объясняется еще и тем, что решение одной и той же тепловой задачи можно искать в различных классах функций. Эти функции должны быть таковыми, чтобы они, вопервых, достаточно легко находились и, вовторых, обеспечивали сходимость процесса настолько хорошо, чтобы можно было сделать требуемые в задаче заключения о свойствах полученного решения. Основополагающими в этой области были работы авторов Углова . Рыкалина . Аиищенко Л. М., Зуева И. В. и др. Численное моделирование процессов при сварке плодотворно развивается и в настоящее время в институте электросварки им. Е.О. Патона г. Киев под руководством академика Махненко В. Имеются пакеты компьютерных программ для прогнозирования технологических процессов при сварке размеров и формы зоны проплавлеиия химического состава зоны проплавления термических циклов, микроструктуры и механических свойств зоны проплавления и зоны термического влияния кинетики напряжений, пластических деформаций и перемещений в процессе сварочного нагрева и охлаждения риска образования горячих и холодных трещин распределения остаточных напряжений и искажения формы сварных узлов перераспределения остаточных напряжений при последующем нагружении сварных узлов силовой либо температурной нагрузкой влияния остаточных сварочных напряжений и технологических несовершенств формирования сварного шва на предельную нагрузку при статических либо переменных нагружениях. В течение многих лет институт тепло массопереноса им. Лыкова . НАН Беларусь является головной организацией в области науки о тепло и массопереносе и создания на ее основе энергоэффективиых и экологически безопасных технологий и техники. Получены принципиально важные результаты по теплофизике и гидрогазодинамике при изучении и описании закономерностей явлений и процессов переноса энергии и вещества в средах различного агрегатного состояния при наличии фазовых и химических превращений в условиях воздействия разнообразных физических полей и в широком диапазоне параметров процессов. Создана специальная лаборатория по математическому моделированию под руководством к. С.И. Шабуни, которая занимается моделированием процессов тепло и массообмена. Лаборатория математического моделирования не является узкоориентироваиной. Опыт сотрудников лаборатории позволяет реализовывать проекты по созданию физических и математических компьютерных моделей широкого спектра задач , .