19.01.2026
Оценка напряжений, сопутствующих обработке подвижным источником энергии тонкого слоя, расположенного на плоской подложке
Взаимодействие полей разной природы (тепловых, химических и механических) в современных технологиях синтеза и обработки материалов вызывает растущий интерес. Это обусловлено необходимостью прогнозирования поведения и свойств новых материалов и изделий в зависимости от условий их создания.
Сотрудниками лаборатории нелинейной механики метаматериалов и многоуровневых систем ИФПМ СО РАН предложена постановка плоских задач термохемоупругости, которые описывают, например, сплавление слоя порошка на тонкой подложке при лазерном или электронно-лучевом воздействии. Считается, что внешний источник тепла перемещается по поверхности с определенной скоростью и по заданной траектории, вызывая существенное повышение температуры и, в обще случае, химические реакции. Это приводит к необходимости учета температурной зависимости свойств материала, которые становятся в рассматриваемом случае функциями и координат. Двумерные уравнения модели получены осреднением трехмерных уравнений термохемоупругости по слоям реагирующего слоя порошка и подложки. При этом, в результате осреднения получены и выражения для эффективных характеристик двухмерной среды. Выведена новая формулировка механической части задачи в напряжениях для случая плоского напряженного состояния, обусловленная неоднородными характеристиками среды при объединении уравнений равновесия, условий совместности деформаций и соотношений Дюамеля – Неймана. Эволюция температурного поля описывается нелинейным уравнением теплопроводности.
При численном решении задач использован неявный конечно-разностный метод с расщеплением по координатам для уравнения теплопроводности и конечно-разностный метод последовательной верхней релаксации с чебышевским ускорением для уравнений в напряжениях. Приведены результаты численного моделирования обработки лазерным лучом смеси порошков титана и алюминия на железной подложке. Показано, что свойства подложки в значительной степени определяют величину максимальной температуры и сопутствующих напряжений, что следует учитывать при моделировании явным образом.
Работа выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, тема номер FWRW-2022-0003. Результаты исследования опубликованы в журнале Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика (Q3)
Князева А.Г., Смолин И.Ю. Оценка напряжений, сопутствующих обработке подвижным источником энергии тонкого слоя, расположенного на плоской подложке // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. – 2025. – № 5. – С. 42–55. – DOI: 10.15593/perm.mech/2025.5.04.
Сотрудниками лаборатории нелинейной механики метаматериалов и многоуровневых систем ИФПМ СО РАН предложена постановка плоских задач термохемоупругости, которые описывают, например, сплавление слоя порошка на тонкой подложке при лазерном или электронно-лучевом воздействии. Считается, что внешний источник тепла перемещается по поверхности с определенной скоростью и по заданной траектории, вызывая существенное повышение температуры и, в обще случае, химические реакции. Это приводит к необходимости учета температурной зависимости свойств материала, которые становятся в рассматриваемом случае функциями и координат. Двумерные уравнения модели получены осреднением трехмерных уравнений термохемоупругости по слоям реагирующего слоя порошка и подложки. При этом, в результате осреднения получены и выражения для эффективных характеристик двухмерной среды. Выведена новая формулировка механической части задачи в напряжениях для случая плоского напряженного состояния, обусловленная неоднородными характеристиками среды при объединении уравнений равновесия, условий совместности деформаций и соотношений Дюамеля – Неймана. Эволюция температурного поля описывается нелинейным уравнением теплопроводности.
При численном решении задач использован неявный конечно-разностный метод с расщеплением по координатам для уравнения теплопроводности и конечно-разностный метод последовательной верхней релаксации с чебышевским ускорением для уравнений в напряжениях. Приведены результаты численного моделирования обработки лазерным лучом смеси порошков титана и алюминия на железной подложке. Показано, что свойства подложки в значительной степени определяют величину максимальной температуры и сопутствующих напряжений, что следует учитывать при моделировании явным образом.
Работа выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, тема номер FWRW-2022-0003. Результаты исследования опубликованы в журнале Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика (Q3)
Князева А.Г., Смолин И.Ю. Оценка напряжений, сопутствующих обработке подвижным источником энергии тонкого слоя, расположенного на плоской подложке // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. – 2025. – № 5. – С. 42–55. – DOI: 10.15593/perm.mech/2025.5.04.