Анотація до роботи:

Шмельова Л.В. Теоретичне дослідження процесу руйнування твердої поверхні потужним імпульсом – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.02 – теоретична фізика. – Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2006.

В дисертації сформульована задача взаємодії потужного лазерного імпульсного випромінювання з поверхнею твердої речовини на основі повної системи рівнянь механіки суцільного середовища. Відмінною особливістю задачі є те, що границя розриву одночасно є межею поділу між твердою й газовою фазами. У найбільш загальному вигляді сформульовано всі граничні умови балансу: потоку маси, потоку імпульсу і потоку енергії. Розроблено методично єдиний підхід до розв’язання всіх задач, що виникають при моделюванні руйнуючої та неруйнуючої обробки поверхонь потужними потоками енергії.

У дисертації побудовано загальну теоретичну модель, яка описує процес утворення кратера на поверхні речовини під дією потужних імпульсів випромінювання. Отримано систему нелінійних диференціальних рівнянь: рівняння динаміки приповерхневого тиску та рівняння динаміки утворення кратера. Ця система є такою, що загалом визначає процес утворення кратера на поверхні речовини. Проаналізована в дисертації динаміка приповерхневого тиску показала, що його поведінка суттєво залежить від параметра, який характеризує взаємодію зовнішнього випромінювання з випаруваним з опроміненої поверхні газом.

Також у роботі отримано загальне визначення динаміки температури поверхні речовини та проведено аналіз порогових значень, які розділяють між собою руйнівний і неруйнівний вплив випромінювання, по інтенсивності та довжині імпульсу в залежності від характеристик опромінюваного матеріалу, і в першу чергу від поглинальної здатності цього матеріалу.

В дисертації сформульована задача взаємодії потужного лазерного імпульсного випромінювання з поверхнею твердої речовини на основі повної системи рівнянь механіки суцільного середовища. У найбільш загальному вигляді сформульовано всі граничні умови. Розроблено методично загальний підхід до розв’язання всіх задач, що виникають при моделюванні руйнуючої та неруйнуючої обробки поверхонь потужними потоками енергії.

Отримані результати дозволяють зробити наступні висновки:

1. Якісний аналіз фазових діаграм дозволяє оцінити можливість фазового переходу “тверде тіло – газ” без утворення рідкої фази. Оцінки, зроблені в роботі, показують, що такий перехід під дією потужних імпульсів випромінювання може реалізовуватись в області інтенсивностей , і ця величина залежить від характеристик матеріалу, на який діє потік випромінювання.

2. Під час руйнування поверхні в період дії імпульсу приповерхневий тиск досягає максимального значення, після чого починає спадати за рахунок взаємодії випромінювання з уже утвореним біля поверхні газово – плазмовим факелом. Причому, тиск досягає максимального значення під час дії імпульсу, але цей максимум необов’язково співпадає з моментом закінчення імпульсу: існує оптимальна ефективна довжина імпульсу для обробки твердих поверхонь.

3. На початку руйнування утворення кратера визначається як швидкий процес (описується степеневим законом ), який згодом уповільнюється. По закінченні імпульсу утворення кратера припиняється по закону , де .

4. При тривалих імпульсах процес утворення кратера припиняється ще до закінчення дії цього імпульсу тим швидше, чим ближче частота випромінювання до власної частоти газової фази.

5. Урахування скінченності коефіцієнта поглинання та його залежності від інтенсивності випромінювання змінює значення порогової інтенсивності в області малих довжин імпульсів () тим більше, чим меншою є довжина падаючого імпульсу.

Основні результати дисертації опубліковані в таких працях:

1. Шмельова Л.В., Єжов С.М., Супрун А.Д., Шевченко С.Я. Динаміка локально-фазових переходів зумовлених інтенсивним лазерним випромінюванням //УФЖ. – 2006. – Т 51, № 8. – C.788 – 794.

2. Супрун А.Д., Шмелева Л.В. Общая постановка задачи взаимодействия интенсивного потока энергии с поверхностью //Наукові записки: Зб. наук. ст. НПУ ім. М.П. Драгоманова. 2002. –С. 199 – 203.

3. Razumova M.A., Suprun A.D., Shmeleva L.V. Surface destruction threshold determination with account for nonlinear absorption of laser radiation //Functional Materials. – 1997. – V.4, N2. – C. 267-271.

4. Suprun A.D., Shmeleva L.V. Exact account for the absorption non-linearity in problems of surface laser treatment //Functional Materials. – 2000. – V.4, – N2. –C. 285-290.

5. Супрун А.Д., Шмельова Л.В. Загальний розв’язок задачі теплопровідності з неявно заданою неоднорідністю рівняння //Вісник Київського університету. Cерія фіз. - матем. Науки. – 2000. – Вип.3. – С. 480 – 485

6. Герасименко П.В., Супрун А.Д., Шмелева Л.В. Испарение в вакуум вещества мощным импульсом излучения с учетом его поглощения испарившимся газом //Поверхность. Физика, химия, механика. – 1989, –№7. –С. 71 – 79.

7. Супрун А.Д., Шмелева Л.В. Нелинейное поглощение, динамика температуры и прочностные показатели поверхности материала //Материалы Международной НТ конференции «Инженерия поверхности и реновация изделий». Феодосия, 2001. –С. 233–235.

8. Герасименко П.В., Супрун А.Д., Шмелева Л.В. О резонансном механизме упрочнения поверхности твёрдого тела под действием потока лазерного излучения. //Материалы международной НТ конф. ”Проблемы и пути реализации НТ-потенциала ВПК”. Киев, 2000. –С.29–30.

9. Герасименко П.В., Супрун А.Д., Шмелева Л.В. Динамика разлёта поверхности вещества под действием мощного импульса излучения //Материалы международной конф. “Современные материалы, технологии, оборудование и инструмент в машиностроении” (М2000-8). Киев, 2000. –С.8.

10. Герасименко П.В., Супрун А.Д., Шмелева Л.В. Теория влияния нелинейности поглощения излучения в материале на коррозионную лезерную обработку его поверхности //Материалы XV международной НТ – конференции ”Прогрессивные технологии в машиностроении” (ТЕХНОЛОГИЯ-2000). Одесса, 2000. – С. 50 –51.

11. Shmeleva L., Suprun A., Yezhov S. Dynamics of phase demarcation at intense laser irradiation // Abstr. Intern. conf. PLM MP. Kyiv, 2005. – P. 94.

12. Shmeleva L., Suprun A., Yezhov S. Temperature dynamics of a material surface with the arbitrary nonlinearity of radiation absorption //Abstr. XVII Intern. conf. “Spectroscopy of Molecules and Crystals” (XVII ISSSMS) Beregove, Ukraine, 2005. – P.178.

13. Shmeleva L., Suprun A., Yezhov S. Destruction of a surface of solid substance under action of laser radiation //Abstr. XVII Intern. conf. “Spectroscopy of Molecules and Crystals” (XVII ISSSMS) Beregove, Ukraine, 2005. – P.177.