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

    Последние выполненные заказы

    Хочешь уникальную работу?

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

    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
    Егор В. кандидат наук, доцент
    5 (428 отзывов)
    Здравствуйте. Занимаюсь выполнением работ более 14 лет. Очень большой опыт. Более 400 успешно защищенных дипломов и диссертаций. Берусь только со 100% уверенностью. Ск... Читать все
    Здравствуйте. Занимаюсь выполнением работ более 14 лет. Очень большой опыт. Более 400 успешно защищенных дипломов и диссертаций. Берусь только со 100% уверенностью. Скорее всего Ваш заказ будет выполнен раньше срока.
    #Кандидатские #Магистерские
    694 Выполненных работы
    Сергей Е. МГУ 2012, физический, выпускник, кандидат наук
    4.9 (5 отзывов)
    Имеется большой опыт написания творческих работ на различных порталах от эссе до кандидатских диссертаций, решения задач и выполнения лабораторных работ по любым напра... Читать все
    Имеется большой опыт написания творческих работ на различных порталах от эссе до кандидатских диссертаций, решения задач и выполнения лабораторных работ по любым направлениям физики, математики, химии и других естественных наук.
    #Кандидатские #Магистерские
    5 Выполненных работ
    Кирилл Ч. ИНЖЭКОН 2010, экономика и управление на предприятии транс...
    4.9 (343 отзыва)
    Работы пишу, начиная с 2000 года. Огромный опыт и знания в области экономики. Закончил школу с золотой медалью. Два высших образования (техническое и экономическое). С... Читать все
    Работы пишу, начиная с 2000 года. Огромный опыт и знания в области экономики. Закончил школу с золотой медалью. Два высших образования (техническое и экономическое). Сейчас пишу диссертацию на соискание степени кандидата экономических наук.
    #Кандидатские #Магистерские
    692 Выполненных работы
    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
    Шагали Е. УрГЭУ 2007, Экономика, преподаватель
    4.4 (59 отзывов)
    Серьезно отношусь к тренировке собственного интеллекта, поэтому постоянно учусь сама и с удовольствием пишу для других. За 15 лет работы выполнила более 600 дипломов и... Читать все
    Серьезно отношусь к тренировке собственного интеллекта, поэтому постоянно учусь сама и с удовольствием пишу для других. За 15 лет работы выполнила более 600 дипломов и диссертаций, Есть любимые темы - они дешевле обойдутся, ибо в радость)
    #Кандидатские #Магистерские
    76 Выполненных работ
    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
    Екатерина С. кандидат наук, доцент
    4.6 (522 отзыва)
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    #Кандидатские #Магистерские
    1077 Выполненных работ
    Вики Р.
    5 (44 отзыва)
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написан... Читать все
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написание письменных работ для меня в удовольствие.Всегда качественно.
    #Кандидатские #Магистерские
    60 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

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