WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

С ростом поглощения существенно меняется характер колебаний. При малых коэффициентах поглощения наблюдаются практически синусоидальные колебания растяжение-сжатие, с увеличением они преобразуются в сложную картину реверберации короткого импульса на основной моде на фоне нелинейных колебаний. Это обусловлено возрастающей неравномерностью нагрева пластины, определяющей неравномерность напряжений, увеличением вклада волн других поляризаций в процесс перемещения поверхности. Эти изменения и характеризуют переход от объемного теплового источника напряжений к поверхностному.

На рис.8 а, представлены зависимости перемещения поверхности для образцов с большими значениями и значительно большем времени регистрации процесса движения, а на рис. 8 б увеличенный фрагмент этих зависимостей.

Рис.8 Зависимости перемещения поверхности для образцов с большими значениями - а, увеличенный фрагмент зависимостей – б.

Наблюдается существенное изменение характера процесса движения поверхности с увеличением коэффициента поглощения. Квазигармонические колебания на основной моде вырождаются в реверберацию коротких импульсов напряжений с тем же периодом, а процесс изгиба начинается только после прихода отраженного от свободной поверхности импульса напряжения (рис.8 б). Вклад термодеформации прогретого тонкого слоя с толщиной 1/ = 50 мкм (выделен жирным пунктиром на рис.8 б) становится сравнимым с вкладом изгиба.

При изучении динамических процессов в вырожденных упругих системах, имея ввиду, что температура изменяется только по вырождающейся координате, а лучистый нагрев происходит за время действия лазерного импульса (~с), можно перейти, подобно случаям статики, к методам, основанным на интегрировании приближенных одномерных или двумерных уравнений.

Рассмотрим случай пластины-балки длины и высоты 2h. Размер по оси y не фигурирует в дальнейшем рассмотрении и может быть принят за 1.

Уравнение теплопроводности в безразмерных координатах запишется:

(21)

Решение уравнения (21) при ищем в виде, откуда следует: (22)

Для исследованных в эксперименте цветных стекол с малым значением коэффициента оптического поглощения (h < 1) выполняется следующее соотношение - малый параметр ( <0,01см2/сек, ~ 0,514 см-1, t0 = 2*10-8 сек). Тогда из (22) следует, что (23)

Т.о. на поверхностях пластины получим:

; (24)

Касательные напряжения по условиям нагружения отсутствуют, и при условии отсутствия полного вектора сил на поверхностях (), можно записать, что напряжения вблизи поверхности равны:

(25)

Следуя принятому в теории упругости приему разложения нагрузки на симметричную и кососимметричную части, введем:

и (26)

Тогда задача разбивается на две задачи : А и В

А: В: (27)

Задача А – это задача растяжение-сжатие, задача В –задача изгиба ( рис.9).

Рис. 9 Схема задачи растяжение-сжатие (А) и задачи изгиба (В).

Граничные условия для задачи А: (28)

Для задачи В: (29)

Для задачи А, используя разложение решения уравнений в ряды по, в первом приближении получим уравнение:

(30)

Решение (30) с граничными условиями (28) имеет вид:

(31)

Задача В трансформируется в задачу изгиба пластины. Для небольших коэффициентов оптического поглощения можно воспользоваться квазистатическим решением для прогиба круглой пластины со свободным опиранием:

, где, (32)

Сравнение результатов расчета по (32) с результатами эксперимента по смещению поверхности дают весьма удовлетворительное соответствие.

Таким образом, предложенная модель вполне удовлетворительно качественно и количественно описывает процесс деформирования пластин при действии объемных источников термонапряжений.

Анализ воздействия поверхностных (h >> 1) импульсных источников термонапряжений на пластины существенно труднее. При больших значениях поглощения толщина слоя поглощения ~ 1/ составляет менее 1-2% от толщины пластины. Нагрев этого слоя излучением приводят к его расширению и, следовательно, перемещению облучаемой поверхности, а также генерируются импульс напряжения (ИН), который распространяясь в пластине и отражаясь от ее свободной поверхности, через время t = достигает поверхность облучения, создавая дополнительное ее смещение.

Для термодеформации поверхности u(0,t) в приближении прямоугольного импульса излучения, как показано в главе3, получим:

где. Импульс напряжения, генерируемый в нетеплопроводящей среде, для приведенных условий (h >> 1, tин << ) будет представлять собой, как показано в главе 2, двуполярный импульс (сжатия-растяжения) симметричной формы с длительностью фаз порядка длительности импульса излучения и его параметры могут быть рассчитаны из решения представленного в главе 2.

Гораздо сложнее рассчитать дополнительную величину перемещения поверхности за счет реального волнового процесса с учетом трехмерности задачи. Так как, помимо продольных волн, при конечных размерах области нагрева, возбуждаются поперечные волны, реверберация которых наряду с реверберацией продольных волн приводит к изгибу всей пластины. Существенная трехмерность таких волновых процессов, создает большие трудности в получении аналитического решения.

Таким образом, экспериментальные результаты и их анализ показывают, что при действии объемных субмикросекундных источников термонапряжений (h < 1) механизм деформации пластин складывается из динамической квазигармонической реакции растяжение-сжатие и статического изгиба. При воздействиях поверхностных (h >> 1) источников термонапряжений субмикросекундной длительности механизм деформации определяется термодеформацией тонкого поверхностного слоя ( ~ 1/) и волнового процесса, приводящего к изгибу пластины.

В приложении представлена разработанная методика оптико-акустической дефектоскопии, результаты исследования ее чувствительности и применения к изучению перестройки структуры конструкционных материалов в ходе усталостных испытаний.

Заключение

Основные результаты и выводы.

1.Результатами экспериментальных исследований доказано и теоретически обосновано принципиальное значение теплопроводности в динамической реакции материалов на импульсные тепловые возмущения.

2.Экспериментальные исследования подтвердили влияние неравновесных процессов на тепловое расширение металлов при высоких скоростях нагрева поверхности.

Предложена модель описания такого процесса, учитывающая влияние мезоструктур на процессы установления термодинамического равновесия в твердых телах. Полученное, в рамках такой модели, обобщение закона Дюгамеля позволяет адекватно описать запаздывание движения облучаемой поверхности металлов при субмикросекундной длительности облучения и получать данные о характерных временах неравновесных процессов.

3.Экспериментальные исследования позволили выявить различия термомеханической реакции пластин при действии поверхностных и объемных тепловых источников, наведенных радиационным потоком малой длительности.

Результаты теоретического анализа показали возможность раздельного описания процессов сжатия-растяжения и изгиба при субмикросекундных тепловых возмущениях.

Диссертант выражает благодарность Зимину Б.А. и Миркину М.А за конструктивные обсуждения результатов и полезные консультации.

Публикации по теме диссертации

1.Z.A.Vaisheva, N.V. Vovnenko, B.A.Zimin, Yu.V.Sudenkov. Application optical-acoustic diagnostics for nondestructive evaluation of fatigue changes in the materials after cyclic loading. // 33-d International Acouctical Conference. European Acoustics Association (EAA) Symposium, Slovakia, 2006, p.34

2.Valisheva Z.A., Vovnenko N.V., Zimin B.A., Sudenkov U.B. Nonequlibrium processes inffluence on dynamic response in metals // Proceedings of XXXIV Summer School conference “Advanced problems in mechanics” 25 June - 01 July. 2006. St-Petersburg (Repino). St-Petersburg. IPME. RAS. 2006. P.500-506.

3. Vovnenko N.V., Zimin B.A., Sudenkov U.B. Analysis dynamical problems thermoelasticity. Theory and experiment // Book of Abstracts. XXXV Summer School Conference “Advanced Problems in Mechanics” 25-28 June 2007, Saint-Petersburg (Repino). St.-Petersburg: IPME. RAS. 2007. P. 25.

4.N.V. Vovnenko, B.A. Zimin, U.B. Sudenkov. Specialty description for the solution problems dynamical thermoelasticity for heat-conducting medium // Proceedings of XXXVI Summer School conference “Advanced problems in mechanics” 06-10 July. 2008. St-Petersburg (Repino). St-Petersburg. IPME. RAS. 2008. P. 713-717.

5.Н.В. Вовненко, Б.А. Зимин, Ю.В. Судьенков. Анализ динамических задач термоупругости для теплопроводящих сред. // Материалы докладов Международной конференции XI Окуневские чтения. Т.1. Санкт-Петербург. 2008. С. 73-79.

6.Вовненко Н.В., Зимин Б.А., Судьенков Ю.В. Особенности формирования динамических напряжений в тепло- и нетеплопроводящих материалах при субмикросекундных длительностях нагрева // Вестник С.ПбГУ, 2008г. серия 1.вып.6. С.67-73.

Pages:     | 1 | 2 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»