Современное состояние лазерных технологий (планируется выступление 4-х докладчиков)

Планируется выступление 4-х докладчиков

1. Современное состояние лазерных технологий (с акцентом на LSP - laser shock peening)

Иногамов Н.А. (ИТФ им. Ландау РАН, ЦФПИ ВНИИА им. Духова)

На применении лазеров основано большинство технологий настоящего и будущего. В отношении производства достаточно сказать, что в современном смартфоне нет ни одной детали, при изготовлении которой не применялась бы та или иная лазерная система.

Перечень технологий:

• Структурирование поверхности

• Упрочнение изделий, повышение коррозионной стойкости

• Спекание порошков, селективное плавление, 3Д печать, аддитивные технологии

• Производство нанопорошков путем абляции в жидкость и в воздух

Основное внимание будет уделено задаче (2). Будет представлена физическая постановка проблемы. Будет обсуждаться возможность использования тераваттного фемтосекундного комплекса ОИВТ РАН для анализа фундаментальных проблем по данному направлению. Будет представлен тот арсенал, который применяется при численном моделировании задач лазерных технологий

2. Молекулярно-динамического моделирование структуирования поверхности металлов лазерным воздействием

Жаховский В.В. (ЦФПИ ВНИИА им. Духова)

Сверхбыстрое энерговыделение лазерного импульса в поверхностном слое металла приводит к последовательности термофизических явлений, стартующих со суперзвукового распространения фронта плавления и формирования значительного теплового давления в слое прогрева толщиной ~100 нм. Этот скачок давления генерирует короткие волны сжатия и растяжения. Волна растяжения может порвать расплав, что приведет к кавитации и струеобразованию в поверхностном слое.

Атомистическое моделирование таких быстропротекающих явлений является самым подходящим выбором. Классический методом молекулярной динамики (МД) демонстрирует, что благодаря сверхбыстрому охлаждению прогретого слоя происходит переохлаждение расплава и его быстрая рекристаллизация с замораживанием наноструктированной поверхности. В свою очередь волна сжатия по мере прохождения вглубь металла превращается в ударную волну, которая может вызвать необратимые пластические превращения, приводяшие к упрочнению материала.

Подобные превращения происходят на значительно большем пространственно-временном масштабе, чем приповерхностные явления, что требует существенно больших вычислительных ресурсов для МД моделирования. В настоящее время атомистическое моделирование процессов, вовлеченных в ударное упрочнение поликристаллического образца с зернами реалистического размера, представляется нереалистическим из-за их длительности, превосходящей наносекундный диапазон, доступный для МД.

Таким образом, приходим к необходимости перехода от атомистического к гидродинамическому моделированию, см. следующий доклад

3. Гидродинамическое моделирование лазерного воздействия

Шепелев В.В. (Институт автоматизации проектирования РАН)

Представлена двумерная гидродинамическая модель для численного моделирования индуцированных лазером ударных волн в конденсированном металле. Модель основана на уравнениях Эйлера движения идеальной среды. Используется уравнение состояния в форме Ми-Грюнайзена. Холодная часть построена с помощью степенной аппроксимации холодной кривой алюминия и экспериментальных точек ударных адиабат алюминия. Программная реализация модели выполнена на языке C++. Численно решается задача о распространении в алюминии индуцированной фемтосекундным лазером ударной волны. Выделяются плоская и полусферическая стадии распространения волны и переход между ними. Производится сравнение с результатами МД-моделирования аналогичной постановки

4. Влияние модификации приповерхностных слоев металлов и сплавов на развитие процессов деформации и разрушения в условиях квазистатического, циклического и динамического нагружения

Колобов Ю.Р. (Институт проблем химической физики РАН, г.Черноголовка)

Рассмотрены результаты оригинальных исследований изменений структуры и фазового состава в объеме и в приповерхностных слоях металлов и сплавов при ударно-волновом нагружении, разогнанным воздействием заряда ВВ металлическим ударником, методом Кольского с применением стержней Гопкинсона и облучением импульсами нано- и фемтосекундной длительности.

Проводится анализ влияния модификации тонких приповерхностных слоев металлов и сплавов на развитие пластической деформации и разрушения при квазистатическом, циклическом и динамическом нагружении в различных исходных структурных состояниях: крупнозернистом, субмикро- и нанокристаллическом.

Возврат к списку