ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДИНАМИКИ УПРУГО-ПЛАСТИЧЕСКОЙ СРЕДЫ, ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ИМПУЛЬСНОГО ПОТОКА ЭНЕРГИИ ПЛОТНОСТЬЮ МОЩНОСТИ 108? 1010 Вт/см2 НА КОНДЕНСИРОВАННОЕ ВЕЩЕСТВО

Данейкин Юрий Викторович, Степанов Николай Валерьевич

Научный руководитель: Юшицин Константин Владимирович, к.ф.м.н., доцент кафедры Физико-энергетические установки ТПУ

Томский политехнический университет, г.Томск, Россия

Изучение конструктивного и деструктивного воздействия импульсных потоков энергии на конденсированное вещество является актуальной задачей. Наибольший научный и практический интерес имеет диапазон промежуточных плотностей мощности внешнего воздействия (108? 1010 Вт/см2). Это связано с большим разнообразием процессов, возбуждаемых в веществе. В связи со сложностью и взаимообусловленностью явлений, сопровождающих импульсное воздействие на конденсированное вещество, корректное описание совокупности рассматриваемых процессов в рамках единой математической модели является сложной задачей.

В докладе представлена обобщенная одномерная модель упруго–пластической среды, которая сочетает закономерности как термоупругих твердотельных процессов, так и гидродинамических явлений в области жидкофазовых и плазменных состояний. Модель основывается на лагранжевом формализме и реализует метод Годунова.

Закономерности динамики изменения свойств вещества определяются процессами, происходящими во фронте возмущения, распространяющегося с конечной скоростью. Связи параметров, характеризующих состояние среды по обе стороны фронта, как ударной волны сжатия, так и простой волны разряжения, хорошо известны [1]. Однако в упруго–пластической среде возникает ряд особенностей, связанных с учетом возникновения напряженного состояния. При определении параметров состояния вещества, использовалось уравнение состояния записанное в форме Ми–Грюнайзена, предложенное в [2]. Разработан численный алгоритм решения задачи о распаде произвольного гидродинамического разрыва, который лежит в основе реализации метода Годунова.

Описание процессов в пограничной области, базировалось на приближении локального термодинамического равновесия. Полагалось, что при введении в систему возмущения в виде объемного энерговыделения первичным процессом является увеличение тепловой энергии и соответствующее увеличение тепловой составляющей полного давления. Поверхностные силы, обусловленные межатомным взаимодействием и независящие от температуры, не уравновешивают возросшее давление. Следовательно, вещество в пограничной области должно расширятся (по адиабатическому закону). Критерием окончания данного процесса является минимум полной внутренней энергии. Полное давление соответствующее такому состоянию принималось в качестве граничного.

Разработанная математическая модель применялась для моделирования взаимодействия импульсных пучков заряженных частиц с металлической мишенью. На рис. 1 представлены динамика генерации и эволюции импульсов механического возмущения в алюминии, обусловленных воздействием на поверхность мощных ионного и электронного пучков соответственно. Для задания параметров пучков использовались данные из [3].

Установлено, что закономерности эволюции полей механических возмущений в системе "мощный ионный пучок – металлический поглотитель" обусловлены приповерхностным характером теплового возбуждения вещества мишени. Определяющая роль разгрузки вещества пограничного слоя на облучаемую поверхность определяет формирование фазы разряжения, которая в биполярном импульсе возмущения переходит в фазу сжатия. При относительно большой глубине проникновения быстрых электронов в металлическую мишень волновое возмущение генерируется в глубоких слоях материала, значительно отстоящих от передней границы. Это обуславливает формирование положительного импульса сжатия в первом полупериоде механического возмущения. Процессы, сопровождающие разгрузку вещества, завершают формирование упруго–пластического возмущения фазой разрежения. Полученные закономерности подтверждаются экспериментальными результатами, представленными в [4].

Литература:

  1. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Наука. Гл. ред. физ.–мат. лит. 1966
  2. S. Atzeni, A. Caruso, V. Pais Model equation–of–state for any material in conditions relevant to ICF and to stellar interios. // Laser and Particle Beams. 1986. V.4. parts 3&4. P.393.
  3. Быстрицкий В.М., Бойко В.И., Волков В.Н. и др. Генерация и фокусировка мощного ионного пучка в магнитоизолированном диоде. // Физика плазмы. 1989. Т.15. №11. С.1337.
  4. Алтухов Д.Е., Бойко В.И., Тихомиров И.А. и др. Описание ударного нагружения металла импульсным ионным пучком в совмещенной упруго–гидродинамической модели. // Физика и химия обработки материалов. №2. 1997

e-mail: asf@asf.e-burg.ru