ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНИЦИИРОВАННЫХ ЛАЗЕРНЫМИ ИМПУЛЬСАМИ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ТОНКИХ МЕХАНОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ПЛЕНКАХ
Механолюминесцентные пленки в настоящее время привлекают внимание ученых и инженеров в качестве перспективных материалов не только для разработки различных датчиков физических величин в роботизированных технических комплексах, но и с целью создания новых перспективных систем неразрушающего контроля. Механолюминесценция определяется как явление излучения в видимой или инфракрасной областях спектра, которое возникает в материале под действием механических напряжений в нем. Данные механические напряжения могут возникать как результат статических, динамических или импульсных полей давлений или деформаций. Например, при образовании поверхностной трещины, области наибольших механических напряжений расположены в ее вершинах, так как они являются концентраторами напряжений, что и способствует дальнейшему развитию трещины. Значения механических напряжений в подобных концентраторах напряжений может значительно превосходить значения напряжений, которыми воздействуют на конструкцию в целом. При исследовании механолюминесцентных материалов широко используют математические модели, связывающие поток излучения механолюминесценции с вызывающими данный поток деформационными напряжениями в материале. В то же время при проведении экспериментальных исследований механолюминесценции механические напряжения в механолюминесцентных материалах удобно инициировать путем воздействия на материал лазерных импульсов малой длительности, что, в свою очередь, приводит к необходимости установления соответствия между величиной механического напряжения в механолюминесцентном материале и параметрами лазерного импульса, инициировавшего данное механическое напряжение. Поскольку экспериментально установить данное соответствие в большинстве случаев затруднительно, в данной работе предложена математическая модель, позволяющая рассчитывать термомеханические напряжения, которые возникают в тонких пленках под воздействием лазерных импульсов малой длительности, производить оценку длительности переходных процессов в тонкой пленке, а также определять профиль и параметры лазерного луча, необходимые для получения требуемых механических напряжений и температур в механолюминесцентных пленках. Разработанная модель включает нестационарное уравнение теплопроводности и уравнения термоупругости, которые решаются численно с применением метода конечных разностей.