WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 39 | 40 || 42 | 43 |   ...   | 46 |

Князева А. Г., Тян А. В. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРЕХКОМПОНЕНТНОЙ ДИФФУЗИИ В ДВУХСЛОЙНОМ МАТЕРИАЛЕ С УЧЕТОМ ВНУТРЕННИХ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ А. Г. Князева1, А. В. ТянИнститут физики прочности и материаловедения СО РАН, Томск Томский государственный университет Изучение диффузии в многокомпонентных и многослойных материалах является комплексной многофакторной проблемой. Диффузионные процессы в трехкомпонентных системах в отличие от процессов в двухкомпонентных системах имеют свои особенности, которые приходится учитывать при построении математических моделей данных систем. В частности, перекрестные потоки, когда диффузия одного элемента влияет на диффузию другого элемента, следует описывать методами неравновесной термодинамики. В экстремальных условиях электронно-лучевых воздействий, когда за малые времена (порядка 10-6 c) происходит локальный разогрев поверхности материала вплоть до температуры его плавления, математическое моделирование приобретает важное значение для оценки глубины и характера прогрева и характеристик диффузионной зоны, а также для выбора технологических параметров электронно-лучевой обработки.

В литературе (см., например, работы П.Н. Захарова, А.П. Мокрова, М.А. Криштала и др.) подробно изучены различные многокомпонентные железистые сплавы, получены оценки парциальных коэффициентов диффузии. При этом, как правило, авторы принимают условия постоянства температуры, а в случае многослойной системы условия малого перепада концентраций на границе материалов, что в итоге позволяет им либо пренебречь зависимостью коэффициента диффузии от концентрации (то есть принять коэффициенты диффузии постоянными), либо пренебречь перекрестными эффектами.

В настоящей работе предложена связанная математическая модель трехкомпонентной диффузии в двухслойном сплаве. На внешней поверхности образца моделируются условия, соответствующие импульсной электронно-лучевой обработке. На внутренней границе раздела двух областей с существенно различающимися механическими, диффузионными и теплофизическими свойствами приняты условия идеального контакта. В начальный момент времени на внутренней границе раздела областей имеем ступенчатый перепад концентраций диффундирующих компонентов. В модели учитываются перекрестные потоки, зависимость парциальных коэффициентов диффузии от температуры и влияние на диффузию внутренних механических напряжений и деформаций, возникающих вследствие изменения температуры и различия мольных объемов компонентов.

Задача исследуется в безразмерных переменных методом конечных разностей. Численные расчеты позволяют получать распределения температуры, концентраций диффундирующих элементов, напряжений и деформаций по глубине материала в различные моменты времени, зависимости осредненных характеристик от времени. Кроме этого, приводится оценка зон прогрева и диффузии для разных условий воздействия.

Колесников С. А. и др. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ДЕТОНАЦИОННЫХ ВОЛН В ЭМУЛЬСИОННЫХ ВВ С. А. Колесников1, В. В. Лавров1, В. М. Мочалова1, Э. Р. Прууэл2, А. В. Савченко1, К. А. Тен2, А. В. УткинИнститут проблем химической физики РАН, Черноголовка Институт гидродинамики имени М.А. Лаврентьева СО РАН, Новосибирск Эмульсионные взрывчатые вещества (ЭВВ) находят широкое практическое применение, однако процесс детонации для них до сих пор остается недостаточно исследованным, а имеющиеся экспериментальные данные носят ограниченный характер. В то же время известно, что детонационные режимы ЭВВ обладают целым рядом признаков, нехарактерных для индивидуальных ВВ, как то обратной зависимостью критического диаметра заряда от плотности, существованием режимов с одинаковой скоростью фронта в зарядах одного диаметра при разной начальной плотности, немонотонным изменением скорости детонации при росте плотности состава. Также следует отметить, что ЭВВ являются гетерогенной средой с контролируемой на стадии изготовления концентрацией и распределением неоднородностей (сенсибилизирующих микросфер, выступающих в качестве “горячих очагов” при инициировании детонации) по размерам, что делает их важной модельной средой при исследовании кинетики инициирования и протекания детонационных процессов. В этой связи большой интерес представляет экспериментальное исследование структуры детонационных волн в зарядах эмульсионного ВВ различного диаметра и начальной плотности.

В данной работе такое исследование проведено с использованием методов лазерной допплеровской интерферометрии и рентгеновской томографии плотности с применением синхротронного излучения. Основные измерения проводились для эмульсионной матрицы, содержащей 92–95% окислителя и 8–5% горючего, включая эмульгатор, с добавкой 3% по массе полых стеклянных микросфер марки С15 фирмы 3М со средним размером частиц 80 мкм.

Плотность исследуемого ЭВВ составляла 1.07 г/см3. Заряды ЭВВ помещались в тонкостенные пластиковые оболочки с внутренним диаметром d = 20 и 36 мм и длиной 5–6 d. Инициирование детонации осуществлялось зарядами тротила или тэна.

Опыты по регистрации профилей массовой скорости детонационных волн в исследуемых зарядах ЭВВ с d = 20 и 36 мм проводились с использованием лазерного допплеровского интерферометра VISAR. Дополнительно производились опыты по измерению скорости детонации в аналогичных зарядах. Полученные результаты показывают, что детонационная волна в эмульсионном ВВ имеет зону повышенных давлений (“химпик”), предсказанную классической гидродинамической теорией детонации. Характерное время реакции для зарядов d=36 мм составляет 0.8 мкс, давление в точке Чепмена Жуге, рассчитанное по результатам проведенных измерений, равно 7.8 ГПа. При использовании заряда меньшего диаметра d=20 мм время реакции увеличивается до 0.94 мкс, а давление в точке Чепмена Жуге снижается до 6.2 ГПа. Плотность в этой точке равна 1.47 г/см3, что в пределах точности измерений совпадает со значением, ожидаемым из гидродинамической теории детонации.

Исследование распределения объемной плотности в детонирующем ЭВВ с применением синхротронного излучения от электронного ускорителя ВЭП-3 проводилось для зарядов с d=20 мм. Полученные данные так же показали, что детонационная волна в ЭВВ имеет “химпик”. Однако изменение плотности на восстановленных профилях плотности происходит плавным образом, без ярко выраженных изломов, поэтому точно выделить зону реакции на них оказывается сложным, и можно только сделать вывод, что ее длительность лежит в диапазоне от 0.5 до 1 мкc. При этом значения плотности на этих профилях оказались на 6% выше значения, пересчитанного из профиля массовой скорости, на фронте детонационной волны, и на 21% ниже аналогичного значения в точке 0.94 мкс, соответствующей точке Чепмена Жуге, полученной в опытах с VISAR.

Колмакова Т. В. Параметры детонационной волны в заряде ЭВВ 0 = 1.07 г/см3 и d=20 мм.

Мето- D, tCJ, XCJ, CJ, uCJ, pCJ, ufront, front, дика км/с мкс мм г/см3 км/с ГПа км/с г/смVISAR 4.95 0.94 4.3 1.47 1.26 6.2 1.81 1.4.СИ 4.6 0.55–0.90 2.5–4.1 1.39–1.21 1.06–0.53 5.2–2.6 2.0 1.* Ширина зоны реакции определялась визуально по экспериментальным профилям.

** Скорость завышена из-за близости первого датчика к инициирующей линзе *** Скорость более точно измерена электроконтактными датчиками в отдельном опыте **** Экстраполяция КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ИЗЛУЧЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ДИНАМИЧЕСКИ НАГРУЖЕННЫХ РЕАГИРУЮЩИХ ПОРОШКОВЫХ КОМПАКТОВ Т. В. Колмакова Томский государственный университет Разработана модель физико-химических процессов синтеза композитов в химически реагирующих порошковых системах типа NiO-Al, Ni-Al. Алгоритм численного решения задач имитационного моделирования на основе созданной модели [1] обеспечивает решение связанных задач механической модификации порошковой смеси в процессе динамического нагружения, макрокинетики химических превращений, теплового баланса, фильтрации жидкой фазы и позволяет определить характеристики теплового и люминесцентного излучения поверхности порошковых компактов в режиме СВС или нагружения макроскопически плоским импульсом давления. Разделение решения связанных краевых задач достигается рассмотрением задач на разных структурных уровнях. Связанность решений этих задач достигается итерационным уточнением всех параметров модели в каждый момент времени.

Теоретический прогноз изменения температуры излучения поверхности образца реагирующей смеси, получаемый по разработанной методике [1], позволяет отделить тепловое излучение от люминесцентного. Температура теплового излучения поверхности оценивается по расчетным значениям термодинамической температуры, структурных характеристик излучающего приповерхностного слоя и эффективных теплофизических параметров с использованием выражений, полученных по законам теплового излучения твердых тел.

В люминесцентном излучении различаются хемилюминесценция и механолюминесценция.

Хемилюминесцентное излучение является результатом экзотермических химических процессов, происходящих в реагирующих порошковых системах. Для оценки интенсивности хемилюминесцентного излучения используется скорость прироста энтальпии компонентов порошковой смеси. Механолюминисценция тыльной поверхности образца может быть вызвана откольными эффектами в моменты выхода фронтов ударной волны и волны горения на тыльную поверхность. Интенсивность механолюминисцентного излучения пропорциональна энергии, затраченной на разрушение частиц в результате неравномерного теплового расширения и откольных эффектов.

Теоретическое исследование режимов синтеза и установление связи между параметрами излучения и параметрами состояния реагирующих материалов возможно после изучения Кривошеина M. Н., Кобенко С. В., Туч Е. В. законов деформирования реагирующих твердых порошковых тел со структурой, механизмов взаимодействия в динамически нагруженных порошковых компактах, влияния параметров структуры и условий термомеханического воздействия на режимы, кинетику протекания физико-химических процессов в реагирующем порошковом теле и на характер излучения поверхности порошкового компакта. Разработанный подход к моделированию может быть применен для решения задач бесконтактного контроля технологических операций механоактивированного синтеза композиционных материалов и покрытий конструкционного назначения.

Список литературы 1. Лейцин В. Н., Дмитриева М. А., Колмакова Т. В., Кобраль И. В. Моделирование физикохимических процессов в реагирующих порошковых материалах. Известия вузов. Физика.

2006. № 11. С. 43–48.

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЯ АНИЗОТРОПНЫХ МАТЕРИАЛОВ С УСРЕДНЕННЫМИ МЕХАНИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ M. Н. Кривошеина1, С. В. Кобенко2, Е. В. Туч1, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Томск Нижневартовский государственный гуманитарный университет Цель данной работы исследование влияния усреднения упругих и прочностных свойств конструкционного материала на его разрушение при динамических нагрузках. В качестве численного метода используется метод конечных элементов, модифицированный Г.Р. Джонсоном для задач удара. Упругое деформирование ортотропного материала преграды описывается с помощью обобщенного закона Гука. В качестве критерия прочности используется критерий Мизеса Хилла, позволяющий учитывать анизотропию прочностных характеристик материала. Проведено численное моделирование нормального ударного нагружения преград из конструкционных ортотропных материалов стальными ударниками различных форм со скоростями 200 и 600 м/с. Результаты сравнивались с результатами моделирования ударного нагружения преграды из материала с усредненными упругими (по методу Фогта Рейсса Хилла) и прочностными характеристиками. В работе проанализирована возможность усреднения упругих и прочностных характеристик ортотропных материалов для моделирования напряженно-деформированного состояния анизотропных преград при ударном нагружении.

Для материалов, имеющих высокую степень анизотропии, учет анизотропии упругих и прочностных характеристик при скоростях нагружения 200600 м/с приводит к появлению в расчетах дополнительных зон разрушения, образующихся при растяжении и сжатии материала, которые отсутствуют в материале с усредненными свойствами.

Левин В. А., Мануйлович И.С., Марков В. В. ВОЗБУЖДЕНИЕ ГОРЕНИЯ И ДЕТОНАЦИИ ТОРОИДАЛЬНЫМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ РАЗРЯДОМ В. А. Левин1, И. С. Мануйлович1, В. В. МарковИнститут механики Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова Математический институт им. В.А. Стеклова РАН, Москва В последнее десятилетие наблюдается повышенный интерес к проблемам детонации, которая благодаря высокому термическому коэффициенту полезного действия рабочего цикла и возможности высокоскоростного сжигания топлива может быть эффективно использована в двигательных устройствах. В центре внимания специалистов находятся две проблемы фундаментального характера инициирование детонации и ее стабилизация в ограниченном объеме камеры сгорания.. Одним из способов, которые позволяют в той или иной степени решить эти проблемы, является воздействие на горючую смесь электрическими разрядами различной конфигурации, распределенными по пространству и срабатывающими в заданные моменты времени. В настоящей работе рассматривается тороидальный электрический разряд специальной конструкции, который генерирует осесимметричные волны сжатия и формирует течение с кумуляцией вблизи оси симметрии. Исследуется возможность прямого инициирования детонации в неподвижной и движущейся горючей смеси на примере стехиометрической смеси метана с кислородом. Приводятся данные по критическим энергиям в зависимости от вида газообразного горючего, его концентрации в смеси с окислителем и инертными добавками, а также геометрических параметров кольцевого разряда. Обнаружен аномальный режим отражения от оси симметрии ударных и детонационных волн, связанный с распространением вдоль оси высокоскоростной струи, перед которой, как перед острым телом, формируется конический скачок уплотнения. Установлено, что при небольших докритических величинах энергии разряда формируется режим быстрого горения со скоростями на несколько порядков превосходящими скорости нормального горения. Показано, что наблюдаемое явление связано с развитием неустойчивости Рихтмайера Мешкова под воздействием систем ударных волн, возникающих благодаря осевой симметрии камеры сгорания и ее ограниченности в радиальном направлении. Фронт воспламенения, являясь поверхностью разрыва, разделяющей газы с сильно отличающимися плотностями, интенсивно деформируется при многократном взаимодействии с ударными волнами, и распространение горения приобретает турбулентный характер. Исследование проводится численно с использованием оригинального вычислительного комплекса, предназначенного для решения широкого круга задач нестационарной динамики газообразных горючих смесей.

Pages:     | 1 |   ...   | 39 | 40 || 42 | 43 |   ...   | 46 |



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.