Введение к работе
Актуальность темы. Успехи в создании мощных совр^емепіііїх-геПераторов зерного излучения, а также быстрое расширение областей их применения ебуют разработки эффективных методов исследования поведения формируемых элемен.ов конструкций при воздействиях на них мощного зерного излучения.
К настоящему времени накоплен значительный оп^іт исследований в ласти воздействия концентрированных потоков энергии лазерного излучения ПЭ ЛИ) на деформируемые элементы конструкций, сопр касающиеся со едой (ДЭКСС). OG этом свидетельствуют уже достигнутые успехи в отрас ях, е такие взаимодействия являются определяющими и решающими факторами в е-печении надежности и безопасности объектов машиностроительной и иакосмнческой техники, атомной энергетики .1 т.д. Однако, имеющие места итические ситуации и катастрофы в этой области свидетельствуют, что многие пекты механизм^, взаимодействия КПЭ ЛИ с ДЭКсС не до гонца исследованы, применяемые для их изучения методы и средства не всегда адекватно исывают протекающие в таких системах сложные процессы, такие, как ешимообразование >. разрушение конструкций, автоколебания, возникновение арных волн, остаточные напряжения и т.д.
Основная сложность при исследованиях динамического поведения формируемые элементов конструкций при в( здействнях высокоинтенсивных токов энергиг лазерного излучения связана с большим многообразием зникающих при этом мехинн .еских, теплофизнческих и зогидродинамических эффектов.
Создание общей методики, позволяющей производить адекватное описание их явлений, является в насгояц'че вре. :я весьма важной и актуальной задачей іханнкі.. Однако практически все работы в этой области ограничиваются ссмотреннем той или иной части задачи без комплексного анализа всей ізической картины, что в конечном итоге, как правило, приводит к схождению расчетных результатов и фактической реализации.
Отсюда следу<*т, что переход от существующего набора частных, хотя и ень важных, случаев, к общему осмыслению и классификации явлений и їханическіх процессов, протекающих в системах "конструкция - среда" под злействием лазерного излучения, приводящие к критическим состояниям пстругций, является "а сегодняшний день одной из важных современных юблем механики.
В связи с этим, весьма актуальной явлется исследование динамики нструкций, соприкасающихся с различными средами, при критических жимах воздействия КПЭ ЛИ. Создание таких воздействий обеспечивает-», кректом гидролазерного обострения, который характеризуется мгновенным істом плотности энергии в системе "конструкция-сред " за счет мошного
лазерного излучения и его концентрации в ограниченном объеме. Возникаїош при этом плачма и ударные волны вступают во взаимодействие с разючіші элементами системы «лазерное излучение - конструкция - среда» и вьізьіваї появление диссипативных структур и локализацию возмущений (напряжеш деформированных состояний). Эти явления мало изучены, но крайне важны д наиболее ответственных технических объектов, таких как атомные станщ авиакосмические объекты, атомные подводные лодки и т.д.
Разработанная в диссертации методика экспериментальных исоледован динамических эффектов, наблюдаемых в системах "конструкция - среда" п воздействиях на них КПЭ ЛИ и лолученние результаты способствуют 6oj глубокому пониманию протекающих ^ложных процессов. Это дает возможное предсказывать возможное наступление критических и аварийных ситуаций снизить вероятность их возникновения.
IU-ль работал. Главной целью работы является разработ экспериментальных методик и средств для исследования дннамнческ процессов, протекающих при воздействии КПЭ ЛИ на ДЭКСС (и гидролазерном обострении) и их использование для' улучшения механическ характеристик материалов. Для достижения поставленной цели решаются зада изучения особенностей процессов трещинообразования, разрушеш автоколебаний, возникновение ударных волн и других сопутствуют, механических явлений. При исследованиях считается, что дннамнческ процессы протекают в режимах с обострением, вторые сопровождают образованием различных диссипативных структур и локализации возмущений.
Методы исследований. В работе используются мето, дифференциального и интегрального исчислений, многофакторнс регрессионного анализа, теории колеблшй, гидродинамики, термодипамш лазерной физики, геометрической и нелинейной оптики. Применяют компьютерные средства для численного анализа. Для изучения дннамнческ процессов (роста трещин, разрушений, автоколебаний) широко применяют методы тензометрии и высокоскоростной видеосъемки с последующ компьютерной обработкой изображений и сигналов.
Научная юпнзна. Предложена методика комплексных экспернментальн исследований динамических эффектов, возникающих в системах "конструкції среда" при воздействиях КПЭ ЛИ на ДЭКСС. С использованием разработанн методики изучено возникновение критических состоянии системы, кото; рассматривается как результат динамических процессов, протекающих в режи\ с обострением", и образованием различных диссипативных структур локализации возмущений. Впервые исследованы автоколебания элемеп: конструкции, возникающие при воздействии КПЭ ЛИ на ДЭКСС; изуче воздействия как непрерывных, так и импульсных КПЭ лазерного излучен 'Изучены особенности процессов трещинообразования и динамнческі разрушения конструкций при гидролазерном обострении. Исследован upon
разования ударных волн при расширении плазмы и изучены особенности их зденствия как на тонкостенную конструкцию, находящейся в окружа/Лцей еде, так и на саму конструкцию, распространяясь внутри нее и существенно учшая механические характеристики материала.
Научная и практическая ценность. Предложенные в работе спериментальные метоаы и средства раскрывают суть динамических процессов, вторые реально протекают в системе "конструкция - среда" во время їздействия на ней КПЭ ЛИ при наличии плазмы, ф?човых переходов и їмснений типлофизических и механических свойств материала конструкции, злучены экспериментальные данные, характеризующие макрокинетические кономерности и энергетические параметры разрушения двухслойных «мпозиционных теплозащитных покрытий при воздействии лазерного (лучения. Температура защищаемой конструкции при этом практически не гняется, что говорит о высоких теплоизолирующих свойствах предлагаемых :шюзащитных покрытий.
Разрапотаны рекомендации и предложения п<л применению предлагаемых етодов и средств на машиностроительных и авиакосмических предприятиях, иеющих конструкций, соприкасающихся с различными средами.
Разработанные экспериментальные методики используются в научно-:сл^довательской работе в Институге машиноведения им. А.А.Благонравова ЛИ, Кутаисском государственном техническом "ннверситете им. .И.Мусхелпшвили, в РКК "ЭНЕРГИЯ" им. СП. Королева, на агрегатном заводе гіаука".
Достоверность результатов подтверждается: многочисленными ^авкчннями с известными аналогичными экспериментальными и горетическими данными других авторов, а также хорошей повторяемостью ол"члшых экспериментальных результатов; использованием апробированных етодов и средств измерение и обработки данных; качественным и эличественным анализом промежуточных и окончательных результатов.
Публикации и апробация работы, Основные результаты диссертации публикованы в [1 - 26, и докладывались и обсуждались на следующих сероссийских и международных ксференциях, симпозиумах и семинарах: XI и ill научные конференций молодых ученых ИМАШ (Москва, 1987, 1989); емннар кафедры "Динамика и прочность машин" Московского DcyflapcTBtiHioro технического университета им. Н.Э.Баумана (Москва, 1988); сесоюзная научно-практическая конференция "Проблемы научно-технического рогресса в современных условиях" (Кутаиси, 1991); Всесоюзная конференция Современнее методы и средства уравновешивания машин и приборов" Зоронеж, 1989); Х1У Всесоюзная конференция но теории пластин и оболочек Тбилиси, 1987); Всесоюзная научно-техническая конференция по ксперименталышм методам в механике деформируемого твердого те.іа Калининград, 1988); Международный симпозиум, посвященный 80-летию акад.
И.Н.Векуа (Тбилиси, 1992); Всероссийская научно-техническая конференці "iipt шость и живучесть конструкций" (Вологда, 1993); Междунчродн конференция по фотомеханике (Новосибирск, 1995); Семинар кафедг прикладной механики Клемсонского университета (США, штат Южная Каролии 1995); Международная научьо-практическая конференция "Промышленп экология" (Са^хт-1 .етербург, 1997); Пятая международная конференці "Проблемы управления безопасностью сложных систем" (Москва, 199Ь>; і междисциплинарный конгресс по симметрии (Вашингтс і, 1995); Межтународн конферс шия, поев. 60-летню ИМАШ РАН (Москва, 1998); Семинар кафедг. прикладной механики Московского государственного университет? луп сообщения (МИИТ, 1999).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести гла перечня основных выводов и списка литературы. Работа содержит 83 рисунков, фотогрг !)ий, 11 табл ц и 2/8 литературные ссылка. Общий объем диссертант 324 страниц.