Технические науки/8. Обработка материалов в машиностроении

К.т.н. Бруяка О.О., Попова А. А.

Горловский автомобильно-дорожный институт

Донецкого национального технического университета

исследования напряженно-деформированного состояния плазменно-ионного ускорителя

Ионно-оптическая система (ИОС) плазменно-ионного ускорителя (ПИУ) является наиболее теплонапряженной его частью, которая часто подвергается действию привязок разряда, которые в свою очередь вызывают температурные напряжения, которые влияют на конфигурацию оптики, приводя к изменению размера слоя наноструктур.

Анализ теоретических и экспериментальных зависимостей максимальных перемещений сетки ИОС ПИУ от времени (рис. 1) свидетельствует о том, что величины перемещений сетки во время выхода на стационарный режим по перемещениям близки как для теоретических расчетов, так и в экспериментальных моделирующих исследованиях. По перемещениям исследованные теоретические режимы перекрывают практически полностью полученные в эксперименте, а во времени для всех режимов по их перемещениям достоверные данные отсутствуют, так как измеряемые перемещения по величине лежат в диапазоне величин погрешности измерений . Перекрытие исследуемого теоретически диапазона мощностей ПИУ моделируются по перемещениям, а некоторые их отличия при исследовании температур, очевидно, связаны с более локальным теплоподводом в моделирующем эксперименте по сравнению с теоретической моделью, что приводит к более значительным перемещениям в моделирующем эксперименте.

Действие привязки разряда, очевидно, также будет влиять на характер изменения температур, перемещений и напряжений в сетках ИОС ПИУ в режиме запуска, поэтому было проведено исследование перемещений, температур, нормальных и касательных температурных напряжений при моделировании привязки разряда электронным пучком с энергией электронов 10³¼10⁴ эВ и плотностью тока 10⁴¼7×10⁴ А/м² и временем действия 10^-6–10^-3 с (с частотой следования от 0,5¼200 Гц.)

Рис. 1. Зависимость максимальных температурных напряжений (а) и перемещений (б) сетки ИОС от времени работы ПИУ при мощностях: 1 – 220 Вт, 2 – 1100 Вт, 3 – 900 Вт, 4 – 650 Вт – теоретические кривые и 2+ и 3+ - экспериментальные зависимости

Исследование действия единичных потоков электронов при малой частоте срабатывания (0,5Гц) показало существенное влияние времени действия потока электронов на величину максимального перемещения.

Значительное влияние на максимальное перемещение оказывает число срабатываний. Наибольшие по величине перемещения (порядка 6×10^-6м) реализуются при числе срабатываний n = 200.

При этом температура в месте действия электронного потока также зависит от времени действия и числа срабатываний электронной пушки. Максимальные температуры реализуются при длительности импульса 10^-3 с и наибольшем числе срабатываний электронного источника n = 200, когда максимальные значения температур достигают значений порядка 850 К.

Температурные напряжения как нормальные, так и касательные определялись теоретическим методом по величине температур и перемещений. При большом числе срабатываний нормальные напряжения значительные по величине и отрицательные по знаку, при малом числе импульсов они положительны и незначительны по величине, так как они локализированы в малом объеме и не существенно влияют на процесс макродеформирования.

Для касательных температурных напряжений характер распределения близок, но при большом числе срабатываний реализуются растягивающие напряжения, а при малом –сжимающие напряжения, которые приближаются к 10⁷ н/м², что говорит о возможности реализации термоусталостных эффектов при длительном их действии.

Литература

1. Костюк Г.И. Нанотехнологии: теория, эксперимент, техника, перспективы [Текст]: моногр./ Г.И. Костюк.-К.:Изд. ц. Межд. академ. наук и иннов. техн., 2012. – 648 с.

2. Костюк Г.И. Эффективные покрытия и модифицированные упрочненные слои на режущих инструментах [Текст]: моногр.-справ./ Г.И. Костюк.-К.:Изд. ц. Межд. академ. наук и иннов. техн., 2012. – 728 с.

3 Костюк Г.И. Эффективные покрытия и модифицированные и упрочненные слои на режущих инструментах. Моногр.-справочник / Г.И. Костюк. - Изд-во Междунар. академии наук и инновационных технологий, Киев, 2012, 728 с.