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!

    Виктор В. Смоленская государственная медицинская академия 1997, Леч...
    4.7 (46 отзывов)
    Имеют опыт грамотного написания диссертационных работ по медицине, а также отдельных ее частей (литературный обзор, цели и задачи исследования, материалы и методы, выв... Читать все
    Имеют опыт грамотного написания диссертационных работ по медицине, а также отдельных ее частей (литературный обзор, цели и задачи исследования, материалы и методы, выводы).Пишу статьи в РИНЦ, ВАК.Оформление патентов от идеи до регистрации.
    #Кандидатские #Магистерские
    100 Выполненных работ
    Лидия К.
    4.5 (330 отзывов)
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии ... Читать все
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии и педагогики. Написание диссертаций, ВКР, курсовых и иных видов работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    592 Выполненных работы
    Дарья П. кандидат наук, доцент
    4.9 (20 отзывов)
    Профессиональный журналист, филолог со стажем более 10 лет. Имею профильную диссертацию по специализации "Радиовещание". Подробно и серьезно разрабатываю темы научных... Читать все
    Профессиональный журналист, филолог со стажем более 10 лет. Имею профильную диссертацию по специализации "Радиовещание". Подробно и серьезно разрабатываю темы научных исследований, связанных с журналистикой, филологией и литературой
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы
    Алёна В. ВГПУ 2013, исторический, преподаватель
    4.2 (5 отзывов)
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическо... Читать все
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическое образование. В данный момент работаю преподавателем.
    #Кандидатские #Магистерские
    25 Выполненных работ
    Дмитрий М. БГАТУ 2001, электрификации, выпускник
    4.8 (17 отзывов)
    Помогаю с выполнением курсовых проектов и контрольных работ по электроснабжению, электроосвещению, электрическим машинам, электротехнике. Занимался наукой, писал стать... Читать все
    Помогаю с выполнением курсовых проектов и контрольных работ по электроснабжению, электроосвещению, электрическим машинам, электротехнике. Занимался наукой, писал статьи, патенты, кандидатскую диссертацию, преподавал. Занимаюсь этим с 2003.
    #Кандидатские #Магистерские
    19 Выполненных работ
    Дмитрий К. преподаватель, кандидат наук
    5 (1241 отзыв)
    Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполня... Читать все
    Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполняю уже 30 лет.
    #Кандидатские #Магистерские
    2271 Выполненная работа
    Оксана М. Восточноукраинский национальный университет, студент 4 - ...
    4.9 (37 отзывов)
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политоло... Читать все
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политологии.
    #Кандидатские #Магистерские
    68 Выполненных работ
    Дмитрий Л. КНЭУ 2015, Экономики и управления, выпускник
    4.8 (2878 отзывов)
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    #Кандидатские #Магистерские
    5125 Выполненных работ
    Татьяна П. МГУ им. Ломоносова 1930, выпускник
    5 (9 отзывов)
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по и... Читать все
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по истории. Увлекаюсь литературой и темой космоса.
    #Кандидатские #Магистерские
    11 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Менеджер онлайн в Telegram Написать