Численное исследование термомеханических процессов при короткоимпульсном лазерном облучении полупространства.

Abstract

Лазерное облучение металлических поверхностей интенсивными тепловыми источниками используется для генерации коротких зондирующих импульсов, которые распространяются внутрь тонких образцов и позволяют оценивать структуру и механические свойства последних в рамках классического акустического подхода. При кратковременном облучении поверхности конструкции источником энергии высокой плотности возникают большие тепловые напряжения и остаточные деформации. В данной статье численно исследуется осесимметричная задача о термомеханической нагрузке полупространства. При этом учитывается влияние объемных и неупругих характеристик отдельных фаз на остаточное напряженно деформированное состояние полупространства. Постановка задачи включает соотношение Коши, уравнение движения, уравнение теплопроводности, исходные условия, тепловые и механические граничные условия. Термомеханическое поведение изотропного материала описывается унифицированной моделью течения Боднера–Партома. Задача решается с помощью конечно-элементной методики. Численная реализация задачи проводится с помощью пошагового интегрирования по времени. Уравнения движения интегрируются методом Ньюмарка, а уравнение теплопроводности — неявным методом первого порядка. С помощью методики численного решения осесимметричной динамической задачи для полупространства при термомеханической нагрузке и модели течения описано остаточное напряженно-деформированное состояние. Установлено, что микроструктурные превращения, учитываемые через термотрансформационную деформацию, и зависимость неупругих характеристик материала от фазового состава существенно уменьшают остаточные неупругие деформации и способствуют появлению сжимающих напряжений. Получена трехзонная область формирования поля остаточных напряжений.