Автоколебательные процессы при воздействии концентрированных потоков энергии

Книга название: Автоколебательные процессы при воздействии концентрированных потоков энергии
Автор: А.А. Углов
Год печати: 1987
Кол-во страниц: 150
Формат: Djvu

Использование концентрированных потоков энергии (КПЭ) (струи плазмы, лазерные, электронные, ионные лучи и т. п.) существенно расширяет технологические возможности процессов обработки материалов. Поиск эффективных режимов обработки и способов управления стимулирует исследования физических явлений при воздействии КПЭ на материалы, дальнейшее развитие классических теплофизических представлений. Наиболее плодотворным в классическом подходе является введение понятия эффективного теплового источника для самых разнообразных процессов обработки, что позволяет выделить общие закономерности и конкретную специфику. Как параметры в эффективный тепловой источник входят тепло-физические характеристики обрабатываемого материала, характеристики технологического процесса и, естественно, характеристики КПЭ. В этом случае температурное поле является единственной независимой физической величиной, через которую определяются все остальные: движение фазовых границ, скорость протекания химических реакций, диффузия легирующих примесей и т.д. Такой подход справедлив при достаточно малых плотностях КПЭ. В этом случае все быстропротекающие процессы успевают подстраиваться под более инерционные тепловые.

При повышении плотности КПЭ ситуация изменяется. Процесс воздействия КПЭ на материал уже нельзя описать, используя только тепловые степени свободы. Из-за нагрева материала до высоких температур с большими скоростями в математическом описании процесса необходимо учитывать совместно с тепловыми степенями свободы и газодинамические, гидродинамические, плазменные, химические и т. д. Наиболее ярко эффекты взаимодействия различных степеней свободы проявляются при наличии обратных связей, как положительных, так и отрицательных, между ними и КПЭ. В этом случае в системе возможно возникновение автоколебаний взаимосвязанных степеней свободы. В целом динамические процессы в системе КПЭ материал можно разбить на две большие группы. К первой группе относятся такие процессы, пространственно-временная структура которых после окончания переходных процессов в системе определяется пространственно-временной структурой источника энергии, сформировавшего КПЭ. В этом случае исследуемая система выступает как единое целое, внутренние взаимосвязи между подси-стемами с качественной точки зрения отступают на второй план, на первом плане - пространственно-временная структура источника энергии. Ко второй группе относятся процессы, пространственно-временная структура которых после окончания переходных процессов определяется внутренними динамическими взаимосвязями между подсистемами. К динамическим процессам второй группы относятся автоколебания.

К настоящему времени при воздействии КПЭ на материалы обнаружено достаточно большое количество явлений, в которых пространственно-временная структура измеряемых параметров исследуемого процесса не соответствует непосредственно структуре КПЭ. Анализ таких явлений требует применения к ним соответствующих подходов, основанных на общих принципах теории устойчивости, теории нелинейных колебаний, теории распространения фронтов, чему и посвящена данная книга. Книга состоит из трех глав. В первой главе рассматриваются основные понятия и методы теории автоколебаний. Автоколебания - принципиально нелинейный процесс, поэтому методы их исследований существенно отли-чаются от методов исследования линейных задач. Наличие данной главы в книге помогает сформировать у читателя, применяющего в своих исследованиях в основном метод эффективных тепловых источников, так называемое \"нелинейное мышление\", которое оперирует такими понятиями, как неустойчивость и устойчивость, периодические и стохастические автоколебания, параметрическое воздействие и т. д. Рассматривается описание динамических систем первого порядка, автономных динамических систем второго порядка, воздействие на них внешних, переменных во времени сил. Обсуждается специфика описания стохастических процессов, случайные воздействия на динамические системы первого порядка, динамические системы второго порядка, механизмы возникновения хаоса в простых детерминированных динамических системах. Приведены также некоторые модели сплошных сред.

На их основе обсуждается конкурирующее влияние инерционной нелинейности и дисперсии (солнтон), инерционной нелинейности и диссипации (ударная волна), выделения тепла при экзотермической реакции и диссипации. В заключении главы приводятся сведения из анализа дисперсионных уравнений и распространения автоволн. Во второй главе дан обзор экспериментальных результатов, в которых проявляются автоколебательные процессы при воздействии электронного, лазерного лучей, электрических разрядов на материалы. Вначале главы приводится обоснование традиционного метода эффективных тепловых источников для расчета температурного поля материала, на ряде примеров показана устойчивость процесса нагрева в этой модели воздействия КПЭ, рассмотрено воздействие на материал периодических во времени КПЭ. Обсуждаются некоторые простые способы обобщения модели эффективного теплового источника для описания периодических и стохастических автоколебаний.

Приведены экспериментальные результаты по взаимодействию электронного луча с газовой средой, лазерного излучения с газовой и жидкими средами. В конце главы рассматриваются некоторые механизмы развития неустойчивостен при транспортировке КПЭ к поверхности материала. Проведен анализ экспериментов на основе известных теоретических представлений. Представлена пространственно-временная иерархия автоколебательных процессов. В отдельную главу выделены результаты исследований неустойчивостей, обусловленных массообменом между материалом и приповерхностной газовой (плазменной) средой. Такого рода неустойчивости наиболее часто встречаются в процессах обработки материалов КПЭ. Следует отметить, что в эту главу не вошли результаты исследований лазерно-индуцированных неустойчивостей рельефа поверхностей материалов с характерным размером порядка длины волны лазерного излучения

Скачать бесплатно книгу Автоколебательные процессы при воздействии концентрированных потоков энергии