|
|
Формирование источников тепла в обрабатываемом материале с помощью КПЭ. Основные модели источников тепла.Упрощённое объяснение действия КПЭ на материал состоит в следующем: - при концентрации потока на малой площади поверхности детали, энергия потока частично поглощается в малом объёме материала и превращается в тепловую; - полный поток энергии вглубь материала, связанный с теплопроводностью, пропорционален градиенту температуры и площади области поглощения и, вследствие малости последней, отток тепла оказывается затруднённым. В результате температура в некотором объёме материала в окрестности области воздействия КПЭ может возрастать до значений, значительно превосходящих температуры фазовых переходов рис.1. Доля поглощённой мощности характеризуется коэффициентом поглощения
Где: 1 – деталь, 2 – концентрированный поток энергии, 3 – поток тепла вглубь материала, 4 – область фазовых переходов Коэффициент поглощения потока материалом зависит от природы КПЭ – электроны, ионы, плазма, излучение, от обрабатываемого материала, состояния поверхности, температуры. Обычно, для электронных потоков Интенсивность ОИТ является функцией пространственных координат и времени, и имеет размерность- Для этого вводятся понятия идеализированных ИТ: плоского, линейного и точечного. В случае плоского ИТ полагают, что тепло выделяется в бесконечно тонком слое, - плоский ИТ не имеет толщины. Интенсивность плоского ИТ измеряется в Линейный ИТ имеет только одно измерение. Величина, характеризующая его интенсивность, имеет размерность Точечный источник, - это источник вообще не имеющий линейных размеров. Интенсивность точечного источника измеряется в Каждый из описанных идеальных источников классифицируется по времени действия: - мгновенный, - постоянно действующий, - действующий, в течение заданного интервала времени, - периодический, - импульсный. Каждый из перечисленных источников так же может быть подвижным или не подвижным. Самую простую структуру температурного поля имеет мгновенный точечный ИТ (МТИ). МТИ - понятие абстрактное. Такое введение теплоты можно рассматривать как начальное условие, когда при t=0 задается распределение теплоты в теле. Так, для мгновенного точечного ИТ можно принять, что только в точке с координатами Реальные источники моделируются идеальными ИТ приближённо. С помощью МТИ хорошо моделируются остросфокусированные кратковременные воздействия КПЭ, создаваемых ЛИ, потоком электронов и искровыми разрядами.
Основные понятия аналитической теории теплопроводности, основной закон теплопроводности, понятия температурного поля, градиента и напряжённости температурного поля, виды температурных полей и способы их описания. Модели обрабатываемых тел. Для практических целей большое значение имеет теоретическая оценка положения границ фазовых переходов в зависимости от характера и интенсивности воздействия на обрабатываемый материал концентрированных потоков энергии (КПЭ), так как цели обработки достигаются именно путём осуществление этих фазовых переходов. Для получения таких оценок необходимо знание распределения температуры внутри обрабатываемого тела. Подробный и детальный анализ процессов распространения тепла даёт аналитическая теория теплопроводности. Передачу тепла от одной части тела к другой или от одного тела к другому, находящемуся в соприкосновении с первым, обычно называют теплопроводностью. Процесс теплопередачи, происходит в пространстве и времени. Поэтому аналитическое исследование теплопроводности сводится к изучению пространственно временного изменения основной физической величины, характерной для данного явления — температуры, как функции пространственных координат и времени: Совокупность мгновенных значений температуры во всех точках изучаемого пространства называется температурным полем. Так как температура есть величина скалярная, то и температурное поле является скалярным полем. Различают стационарное температурное поле и нестационарное температурное поле. Нестационарным температурным полем называется такое поле, температура которого изменяется не только в пространстве, но и во времени. Уравнение (1) есть математическая запись нестационарного температурного поля. Стационарным температурным полем называется такое поле, температура которого в любой его точке не изменяется во времени, т. е является функцией только координат. Температурное поле, соответствующее уравнению (1) является пространственным – трехмерным. Если температура есть функция двух координат, то поле называется двухмерным. Если же температура есть функция одной координаты, то поле называется одномерным. Поверхность, в каждой точке которой, температура одинакова, называется изотермической. Пересечение изотермических поверхностей плоскостью, дает семейство изотерм, - линий одинаковой температуры. Изотермические поверхности и изотермические линии не пересекаются между собой и при непрерывном поле не обрываются внутри него. Наибольший перепад температуры на единицу длины происходит в направлении нормали к изотермической поверхности. Возрастание температуры в направлении нормали к изотермической поверхности характеризуется градиентом температуры. Градиент температуры есть вектор, направленный по нормали к изотермической поверхности в сторону возрастания температуры: Где Составляющие градиента по осям декартовых координат равны соответствующим частным производным: Это соотношение обусловлено тем обстоятельством, что любой вектор можно представить как векторную сумму трех векторов, направленных по координатным осям. Понятие напряженности температурного поля по определению: Количество тепла, проходящее в единицу времени и отнесенное к единице площади изотермической поверхности, называется плотностью теплового потока; соответствующий вектор определяется соотношением Основной закон теплопроводности может быть сформулирован так: плотность теплового потока прямо пропорциональна напряженности температурного поля, или плотность теплового потока прямо пропорциональна градиенту температуры. В случае КПЭ размеры областей, в которых происходят фазовые переходы, много меньше размеров деталей, при этом можно считать тела бесконечными. Различают следующие варианты идеализированных тел: - бесконечное тело – тело, все размеры которого устремлены в бесконечность, - бесконечная пластина – тело - бесконечное в двух направлениях (например - бесконечный стержень – тело - бесконечное в одном направлении (например Так как источник КПЭ обычно действует на поверхность детали, идеализированное тело должно иметь хотя бы одну открытую поверхность. Для этого рассматривают полубесконечное тело – тело, ограниченное одной адиабатической поверхностью и бесконечное во всех остальных направлениях. Оказывается, что температурное поле в таком теле совпадает с температурным полем бесконечного тела под действием источника удвоенной интенсивности.
  Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...  Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...  ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...  Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
.
. Для лазерного излучения 
зависит от длинны волны излучения и электропроводности материала. Коэффициент поглощения ЛИ возрастает с уменьшением длины волны и обычно составляет 0,4 – 0,6. Та часть КПЭ, которая попала в материал, передаёт ему в результате торможения, некоторую долю своей энергии. Эта энергия идёт на разогрев материала детали и на его фазовые превращения, так, как если бы в объёме материала действовал распределённый объёмный источник тепла (ОИТ). Для определения размеров зон фазовых переходов необходимо знать параметры температурного поля в зоне воздействия КПЭ. Для определения температурного поля внутри и на поверхности обрабатываемой детали, необходимо решить уравнение теплопроводности, с соответствующими начальными и граничными условиями с учётом параметров распределения ИТ. Вид и параметры распределения ИТ в материале зависят как от распределения ППМ, так и от вида и параметров субстанционального потока.
. В общем случае решение оказывается достаточно сложным, поэтому прибегают к упрощениям, зависящим от решаемой задачи.
. Если плоский ИТ расположен на поверхности тела, то он называется поверхностным плоским ИТ – ППИТ. Распределение интенсивности ППИТ совпадает с распределением поглощённой ППМ. Обычно с помощью ППИТ описывают воздействие ЛИ на поверхность.
. Линейный ИТ используется для описания температурных полей в тонких пластинах и плёнках, в тех случаях, когда КПЭ проникает на всю глубину материала.
. Идеальный точечный ИТ может быть помещён в любую точку нагреваемого тела. Если точечный ИТ расположен на поверхности тела, то он называется поверхностным точечным ИТ – ПТИТ.
при t=0 содержится количество теплоты Q, а во всех остальных точках тела теплосодержание будет постоянно и равно исходному. В следующие моменты времени теплота будет распространяться по телу, подчиняясь законам теплопроводности.
(1)
(2)
— единичный вектор, направленный по нормали к изотермической поверхности в сторону возрастания температуры; 
- производная температуры по направлению нормали к изотермической поверхности.
), ограниченное двумя термоизолированными (адиабатическими) плоскостями, расстояние между которыми равно 
,
), ограниченное замкнутой адиабатической поверхностью в двух других.