Математическое моделирование нестационарных температурных полей в титановой мишени при импульсном воздействии потока энергии

Федорова, Евгения Николаевна Отделение информационных технологий (ОИТ)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Актуальность выбранной темы связана с решением вопроса управления высокоскоростным воздействием электронного пучка на материалы с целью модификации поверхностных слоев.
Работа посвящена методам отражения энергетических и температурных полей в титановой мишени при импульсно-пучковой обработке.
Целью работы является исследование температуры титана от формы импульса плотности мощности воздействия и от параметров пучка.
Магистерская работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word, численное моделирование проводилось с использованием высокоуровневого языка и интерактивной среды MATLAB.

Введение…………………………………………………………………………………………….. 11

I. Уравнение теплопроводности ………………………………………………………….. 13

1.1 Задача Стефана. Решение задачи о распространении тепла ………… 13

1.2 Нестационарное уравнение теплопроводности …………………………… 14

1.3 Аналитическое решение одномерного уравнения теплопроводности
……………………………………………………………………………………………………….. 15

1.4 Уравнение теплопроводности с учетом зависимости
теплофизических коэффициентов от температуры и фазовых переходов
……………………………………………………………………………………………………….. 18

1.5 Численные методы решения нестационарной задачи
теплопроводности ………………………………………………………………………………. 21

1.6 Решение уравнения теплопроводности в среде Matlab………………… 23

1.7 Тестовая задача. Решение задачи теплопроводности без учета
зависимости теплофизических коэффициентов от температуры ………….. 25

II. Влияние фронта плотности мощности на температурное поле ………… 27

III. Моделирование импульсного высокоскоростного воздействия
электронного пучка на титан ………………………………………………………….. 31

3.1 Измерения температуры поверхности металлов в импульсе
высокоскоростного воздействия электронного пучка ………………………….. 31

3.2 Программы. Параметры численного эксперимента …………………….. 33

3.3 Сравнение методов численной реализации фазового перехода …… 34

3.4 Сравнение численных методов с экспериментальными данными .. 38

IV. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение ………………………………………………………………………… 43

4.1 Потенциальные потребители результатов ……………………………… 43
4.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения ………………………………….. 44

4.3 SWOT – анализ …………………………………………………………………………. 46

4.4 Инициация проекта …………………………………………………………………… 47

4.5 План проекта ……………………………………………………………………………. 50

4.6 Бюджет научного исследования ………………………………………………… 52

4.7 Основная заработная плата исполнителей темы ………………………… 54

4.8 Реестр рисков …………………………………………………………………………… 58

4.9 Определение ресурсной, финансовой, бюджетной, социальной и
экономической эффективности исследования …………………………………. 59

V. Социальная ответственность …………………………………………………………………………… 63

5.1 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть на
рабочем месте при проведении исследований ………………………………….. 63

5.2 Обоснование мероприятий по защите исследователя от действия
опасных и вредных факторов ………………………………………………………….. 64

5.3 Выводы и рекомендации ……………………………………………………………. 82

Заключение ………………………………………………………………………………………… 83

Список литературы …………………………………………………………………………….. 84

Приложение А ……………………………………………………………………………………. 88

Взаимодействие пучков заряженных частиц (электронов и ионов разных
видов) изучается параллельно с разработкой и совершенствованием
источников этих излучений. Если сначала исследовательские работы носили
чисто академический характер, то в настоящее время пучки заряженных
частиц достаточно широко применяются в технологических целях. Основные
промышленные отрасли, которые являются потребителями этих технологий, –
это машиностроение, электроника и радиоэлектроника, ядерная и космическая
техника.

Для улучшения физико-химических и эксплуатационных свойств
материалов и изделий используются импульсные (20 – 200 мкс) электронные
пучки (с плотностью энергии 8 – 25 Дж/см2), воздействующие на поверхность
металлического материала. В работе проведено исследование влияния на
температуру поверхности титана конфигурации импульса плотности
мощности и длительности его фронта. Показано, что при сохранении энергии
электронного пучка увеличение фронта импульса воздействия приводит к
уменьшению температуры поверхности титана.
При решении нестационарного уравнения теплопроводности требуется
учитывать фазовые переходы при расплаве и кристаллизации. В работе
проведено сравнение различных методов численной реализации фазового
перехода, а также сравнение численного решения методом прогонки и
использования решателя в пакете Matlab. Показано, что решение задачи
Стефана при представлении эффективной теплоемкости через дельта-
функцию и энтальпийная форма уравнения теплопроводности (алгоритм со
счетчиком и коррекцией [6]) дают близкие результаты.

Проведено вычисление температуры поверхности титана и сравнение
экспериментально измеренной в импульсе (100 мкс) высокоскоростного
воздействия электронного пучка (плотность энергии 10…25 Дж/см2) [5].
Показано удовлетворительное согласие расчета и эксперимента.

Методика измерения импульсной температуры [5] и использование
численного моделирования тепловых полей в образце открывает возможность
управления основными технологическими параметрами электронно-
пучкового воздействия с целью получения заранее заданных свойств
поверхности материалов.

1.КалинБ.А.Перспективныерадиационно-пучковыетехнологии
обработки материалов: учебник для вузов. – М.: Круглый год, 2001. – 528 с.
2.Современные тенденции модифицирования структуры и свойств
материалов / под ред. Н. Н. Коваля и В. Е. Громова. – Томск: Изд-во НТЛ, 2015.
– 378 с.
3.Углов В.В. Модификация материалов компрессионными плазменными
потоками – Минск: БГУ, 2013. – 248 с.
4.Engelko, V., Yatsenko B., Mueller G., Bluhm H. Pulsed electron beam facility
(GESA) for surface treatment of materials / Vacuum. – 2001. – V. 62/2–3. – P. 211–
216.
5.Тересов А. Д., Коваль Т.В., Москвин П.В., Чан Ми Ким Ан, Коваль Н.Н.
/ Исследование динамики нагрева и охлаждения поверхности титана плотным
электронным пучком субмиллисекундной длительности. – Томск: Изд-во
ТПУ, 2018.
6.Блейхер Г.А., Кривобоков В.П., Теоретические основы обработки
материалов импульсными электронными и ионными пучками: Учебное
пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2009. – 219 с.
7.Тихонов А. Н., Самарский А. А. Уравнения математической физики. –
Спб.: Наука, 2004. – 742 с.
8.Князева А.Г., Буркина Н.В. Алгоритм численного решения задач
неизотермической диффузии, встречающихся в процессах поверхностной
обработки. – Физическая мезомеханика, – 2006. – №2. – С. 55-62.
9.КнязеваА.Г.Теплофизическиеосновысовременных
высокотемпературных технологий: учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ,
2009. – 357 с.
10.Блейхер Г.А., Кривобоков В.П., Эрозия поверхности твердого тела под
действием мощных пучков заряженных частиц. – Новосибирск: Наука, 2014. –
248 с.
11.Иванов Ю.Ф., Петрикова Е.А., Иванова О.В., Иконникова И.А.,
Ткаченко А.В. Численное моделирование температурного поля силумина,
облученного интенсивным электронным пучком // Изв. вузов. Физика. – 2015.
– № 4. – С. 46-51.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Катерина В. преподаватель, кандидат наук
    4.6 (30 отзывов)
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации... Читать все
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации. Опыт работы 7 лет. Всегда на связи и готова прийти на помощь. Вместе удовлетворим самого требовательного научного руководителя. Возможно полное сопровождение: от статуса студента до получения научной степени.
    #Кандидатские #Магистерские
    47 Выполненных работ
    Екатерина П. студент
    5 (18 отзывов)
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно... Читать все
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно занимаюсь английским языком, уровень владения - Upper-Intermediate.
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    Александр О. Спб государственный университет 1972, мат - мех, преподав...
    4.9 (66 отзывов)
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальн... Читать все
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальных уравнений. Умею быстро и четко выполнять сложные вычислительные работ
    #Кандидатские #Магистерские
    117 Выполненных работ
    Кормчий В.
    4.3 (248 отзывов)
    Специализация: диссертации; дипломные и курсовые работы; научные статьи.
    Специализация: диссертации; дипломные и курсовые работы; научные статьи.
    #Кандидатские #Магистерские
    335 Выполненных работ
    Вирсавия А. медицинский 1981, стоматологический, преподаватель, канди...
    4.5 (9 отзывов)
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - ... Читать все
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - медицина, биология, антропология, биогидродинамика
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ
    Андрей С. Тверской государственный университет 2011, математический...
    4.7 (82 отзыва)
    Учился на мат.факе ТвГУ. Любовь к математике там привили на столько, что я, похоже, никогда не перестану этим заниматься! Сейчас работаю в IT и пытаюсь найти время на... Читать все
    Учился на мат.факе ТвГУ. Любовь к математике там привили на столько, что я, похоже, никогда не перестану этим заниматься! Сейчас работаю в IT и пытаюсь найти время на продолжение диссертационной работы... Всегда готов помочь! ;)
    #Кандидатские #Магистерские
    164 Выполненных работы
    Татьяна П.
    4.2 (6 отзывов)
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки ... Читать все
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки в одном из крупнейших университетов Германии.
    #Кандидатские #Магистерские
    9 Выполненных работ
    Дарья С. Томский государственный университет 2010, Юридический, в...
    4.8 (13 отзывов)
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссерт... Читать все
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссертационное исследование, которое сейчас находится на рассмотрении в совете.
    #Кандидатские #Магистерские
    18 Выполненных работ
    Шиленок В. КГМУ 2017, Лечебный , выпускник
    5 (20 отзывов)
    Здравствуйте) Имею сертификат специалиста (врач-лечебник). На данный момент являюсь ординатором(терапия, кардио), одновременно работаю диагностом. Занимаюсь диссертац... Читать все
    Здравствуйте) Имею сертификат специалиста (врач-лечебник). На данный момент являюсь ординатором(терапия, кардио), одновременно работаю диагностом. Занимаюсь диссертационной работ. Помогу в медицинских науках и прикладных (хим,био,эколог)
    #Кандидатские #Магистерские
    13 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Кооперативные игры на гиперграфах
    📅 2019год
    🏢 Санкт-Петербургский государственный университет