Статья

Название статьи ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНИЦИИРОВАННЫХ ЛАЗЕРНЫМИ ИМПУЛЬСАМИ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ТОНКИХ МЕХАНОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ПЛЕНКАХ
Автор Е.А. Рындин, А.С. Исаева
Рубрика РАЗДЕЛ I. ЭЛЕКТРОНИКА И НАНОТЕХНОЛОГИИ
Месяц, год 10, 2016
Индекс УДК УДК 621.373.826
DOI 10.18522/2311-3103-2016-10-411
Аннотация Механолюминесцентные пленки в настоящее время привлекают внимание ученых и инженеров в качестве перспективных материалов не только для разработки различных датчиков физических величин в роботизированных технических комплексах, но и с целью создания новых перспективных систем неразрушающего контроля. Механолюминесценция определяется как явление излучения в видимой или инфракрасной областях спектра, которое возникает в материале под действием механических напряжений в нем. Данные механические напряжения могут возникать как результат статических, динамических или импульсных полей давлений или деформаций. Например, при образовании поверхностной трещины, области наибольших механических напряжений расположены в ее вершинах, так как они являются концентраторами напряжений, что и способствует дальнейшему развитию трещины. Значения механических напряжений в подобных концентраторах напряжений может значительно превосходить значения напряжений, которыми воздействуют на конструкцию в целом. При исследовании механолюминесцентных материалов широко используют математические модели, связывающие поток излучения механолюминесценции с вызывающими данный поток деформационными напряжениями в материале. В то же время при проведении экспериментальных исследований механолюминесценции механические напряжения в механолюминесцентных материалах удобно инициировать путем воздействия на материал лазерных импульсов малой длительности, что, в свою очередь, приводит к необходимости установления соответствия между величиной механического напряжения в механолюминесцентном материале и параметрами лазерного импульса, инициировавшего данное механическое напряжение. Поскольку экспериментально установить данное соответствие в большинстве случаев затруднительно, в данной работе предложена математическая модель, позволяющая рассчитывать термомеханические напряжения, которые возникают в тонких пленках под воздействием лазерных импульсов малой длительности, производить оценку длительности переходных процессов в тонкой пленке, а также определять профиль и параметры лазерного луча, необходимые для получения требуемых механических напряжений и температур в механолюминесцентных пленках. Разработанная модель включает нестационарное уравнение теплопроводности и уравнения термоупругости, которые решаются численно с применением метода конечных разностей.

Скачать в PDF

Ключевые слова Механолюминесценция; математическая модель; уравнение термоупругости; уравнение теплопроводности; механические напряжения.
Библиографический список 1. Гурвич А.М. Введение в физическую химию кристаллофосфоров: учеб. пособие для вту-зов. – М.: Высш. школа, 1971. – 336 с.
2. Скармоззино P. О механизме излучения света в трибо-люминесцентных материалах // Lettere al Nuovo Cimento. – 1970. – P. 825-827.
3. Татмышевский К.В. Механолюминесцентный чувствительный элемент: математическая модель и основные характеристики // Датчики и системы. – 2005. – № 1. – С. 10-15.
4. Макарова Н.Ю. Татмышевский К.В. Процесс преобразования в механолюминесцентном сенсоре давления // Инженерная физика. – 2006. – № 1. – С. 1-6.
5. Татмышевский К.В. Механолюминесцентные (светогенерационные) сенсорные элементы для современных информационно-измерительных технологий // Микросистемная техника. – 2004. – № 12. – С. 4-10.
6. Банишев А.Ф., Большухин В.А., Азаров А.Д. Механолюминесценция мелкодисперсного порошкообразного твердого раствора SrAl2O4:(Eu2+,Dy3+), возбуждаемая воздействием лазерных импульсов // Физика и химия обработки материалов. – 2008. – № 3. – С. 24-27.
7. Li C., Xu C.N., Zhang L., Yamada H., Imai Y. Dynamic visualization of stress distribution on metal by mechanoluminescence images // J. Visualization. – 2008. – Vol. 11, No. 4. – P. 329-335.
8. Sage I., Bourhill G. Triboluminescent materials for structural damage monitoring // J. Mater. Chem. – 2001. – No. 11. – P. 231 -245.
9. Татмышевский К.В. Классификация и особенности применения механо-люминесцентных датчиков давления // Датчики и системы. – 2004. – № 12. – C. 30-33.
10. Абрамова К.Б., Щербакова И.П., Русаков А.И., Семенов А.А. Эмиссионные процессы, сопровождающие деформирование и разрушение металлов // Физика твердого тела.
– 1999. – Т. 41. – Вып. 5. – С. 841-843.
11. Tcherniega N.V., Zemskov K.I., Savranskii V.V., Kudryavtseva A.D., X-ray generation induced by visible lasers in ZnS aqueous suspensions // Journal of Russian Laser Research. – 2011.
– Vol. 32, No. 3. – P. 247-252.
12. Морозова Н.К., Каретников И.А., Блинов В.В., Гаврищук Е.М. Исследование центров люминесценции, обязанных присутствию меди и цинка в ZnSe // Физика и техника полупроводников. – 2001. – Т. 35, № 1. – С. 25-33.
13. Абрамова К.Б., Щербаков И.П. Люминесценция, возбуждаемая в металлах при механических нагружениях // ЖТФ. – 1994. –Т. 64, № 9. – С. 75-88.
14. Яковлев Е.Б., Шандыбина Г.Д. Взаимодействие лазерного излучения с веществом (силовая оптика). Конспект лекций. Часть II. Лазерный нагрев и разрушение материалов / под общ. ред. В.П. Вейко – СПб.: СПб ГУ ИТМО, 2011. – 184 с.
15. Коваленко А.Д. Основы термоупругости. – Киев: Наукова думка, 1970. – 304 с.
16. Князева А.Г. Элементы теории упругости, термоупругости и массоупругости и их при-ложение к описанию процессов термообработки: учебное пособие. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. – 72 c.
17. Рындин Е.А., Рыжук Р.В., Исаева А.С. Математическая модель механических напряжений, инициированных лазерным импульсом // Фундаментальные исследования. – 2012.
– № 11. – С. 609-614.
18. Рындин Е.А., Исаева А.С. Программа численного моделирования механических напряжений в материале, инициированных лазерным импульсом. Свидетельство РФ о госу-дарственной регистрации программы для ЭВМ №2013610833. 2013.
19. Кетков Ю.Л., Кетков А.Ю., Шульц М.М. MATLAB 6.x.: программирование численных методов. – СПб.: БХВ - Петербург, 2004. – 672 с.
20. Францевич И.Н., Воронов Ф.Ф., Бакута С.А. Упругие постоянные и модули упругости металлов и неметаллов. Справочник. – К.: Наукова думка, 1982. – 286 с.

Comments are closed.