Вестник Пермского университета. Физика

Эволюция текстуры и остаточных напряжений после лазерной ударной обработки в титановых сплавах ВТ6 и ВТ1-0

Михаил Вережак — 2025-11-13

В работе исследовано влияние лазерной ударной обработки (ЛУО) на эволюцию кристаллографической текстуры и остаточных напряжений титановых сплавов ВТ1-0 и ВТ6. Целью исследования являлось изучение изменений рентгеноструктурного спектра и текстуры до и после ЛУО с использованием рентгеновской дифракции и программного комплекса MTEX для анализа полных полюсных фигур (ППФ). Образцы подвергались лазерной обработке с параметрами: длина волны лазера 1064 нм, энергия импульса 1 Дж, длительность импульса 10 нс. Результаты показали, что текстура сплава ВТ1-0 характеризуется неоднородностью. Наблюдается градиент максимальной плотности полюсов, который возрастает от 2.6 в центральной части листа до 3.2 в его краевой зоне. После ЛУО на краю листа наблюдалось снижение остроты текстуры (mrd уменьшился до 2.6), тогда как в центре изменения были незначительны. Для сплава ВТ6 текстура исходно оказалась слабой (mrd ≈ 1.3), и ЛУО не вызвало ее заметной трансформации. Показано, что для сплавов ВТ6 и ВТ1-0 происходит уширение пиков дифракционного спектра, что связано с деформацией кристаллической решетки и изменения величины остаточных напряжений.

Движение оси крупномасштабного вихревого течения жидкого металла в дисковой ячейке, вызванное азимутальной электромагнитной силой малой интенсивности с нелинейным радиальным профилем

Алексей Бондаренко — 2025-11-13

В работе численно изучается ламинарное течение жидкого металла, которое возникает под действием осесимметричной электромагнитной силы, нелинейно зависящей от радиуса дисковой ячейки. Электромагнитная сила определяется векторным произведением плотности электрического тока, протекающего по ячейке, и индукции ортогонального магнитного поля. Нелинейный радиальный профиль электромагнитной силы с выраженным максимумом возникает, когда ток подводится к центральной области ячейки и отводится от ее периферии, а магнитное поле создано катушками Гельмгольца, диаметр которых меньше диаметра ячейки. Проведено численное моделирование в пакете ANSYS Fluent. Обнаружено, что в определенном диапазоне параметров ось вращающегося течения жидкого металла начинает колебательное движение относительно центра ячейки. Данный эффект возникает на фоне генерации вторичных течений: экмановской подкачки, неустойчивостей Тейлора–Гертлера и Кельвина–Гельмгольца. Найдена граница на плоскости силового и геометрического параметров, которая отделяет области отсутствия и возникновения колебания крупномасштабного вихря.

Генерация осредненного течения полупогруженной осциллирующей сферой

Алексей Мизёв — 2025-11-13

В статье представлены результаты экспериментального исследования структуры осредненного течения, генерируемого полупогруженной в жидкость осциллирующей сферой. Источником осредненного движения в рассматриваемой ситуации являются (1) неоднородный вязкий погранслой на затопленной части сферы, генерирующий осесимметричное течение с ярко выраженной струей от нижнего полюса, и (2) бегущая поверхностная волна, увлекающая приповерхностный слой жидкости в направлении своего распространения. Основное внимание в статье уделено течению, создаваемому волновым механизмом, и изменению его структуры в зависимости от характеристик колебаний сферы и состояния границы раздела, связанного с наличием или отсутствием адсорбированного слоя поверхностно-активного вещества на поверхности. В ходе экспериментов исследовалась конфигурация волны и структура осредненного течения. Основная часть экспериментов проведена с изопропиловым спиртом, что исключало формирование адсорбированного слоя. Обнаружено, что бегущая цилиндрическая волна порождает на поверхности раздела осесимметричное центробежное течение, интенсивность которого увеличивается с ростом амплитуды колебаний. При достижении порогового значения амплитуды данный тип волны становится неустойчивым, в результате чего на поверхности возникает конфигурация в виде двух спиральных волн, распространяющихся во встречных азимутальных направлениях, частота которых в два раза меньше частоты колебаний сферы. Амплитуда волны, полученной в результате суперпозиции, оказывается промодулированной в азимутальном направлении, в результате чего скорость радиального течения также оказывается периодической функцией азимутальной координаты. Проведена серия качественных экспериментов с водой различной степени очистки для выяснения влияния адсорбированного слоя сурфактанта на структуру осредненного течения. Показано, что наличие сурфактанта приводит либо к полному обездвиживанию поверхности, либо формированию многовихревого течения в зависимости от содержания сурфактанта. В заключение проводится сравнение полученных результатов с данными, полученными в более ранних исследованиях рассматриваемой в статье задачи.

Экспериментальное исследование механизмов гидро- и сонолюминесценции и инициирования микровзрывного распыления топлива

Денис Ефремов — 2025-11-13

Работа посвящена экспериментальному исследованию явлений гидро- и сонолюминесценции при течении гидравлического масла в узком канале с применением оригинальной экспериментальной установки. Обоснованы предположения, что жидкости, являясь конденсированными средами, могут проявлять механизмы пластического переноса импульса при скоростях деформации έ > 10⁵ с^-1. Одним из проявлений локализованного сдвига в жидкостях при достижении скоростей сдвига έ > 10⁵ с^-1 в пристеночной области является гидролюминесценция. Экспериментально установлено, что существует пороговое значение скорости деформации έ ~ 10⁵ s^-1 (Re ~ 1350, ∇P ~ Гпа/м), при котором наблюдается резкое увеличение интенсивности сигналов гидро- и сонолюминесценции. Предложенные конструкции измерительных ячеек позволили разделить сигналы, характерные для проявлений гидро- и сонолюминесценции. Статистическая обработка сигналов, полученных с фотоумножителя, позволила установить различия законов распределения импульсов гидро- и сонолюминесценции, что подтверждает качественные различия исследуемых явлений. Гидролюминесценция вызвана реализацией псевдопластического механизма переноса импульса в жидкостях, сонолюминесценция связывается с механизмами кавитации. В заключении предложены рекомендации по изготовлению фильер топливных форсунок для инициации микровзрывного распыления топлива посредством активации «горячих точек», ассоциируемых с локализованными сдвигами в жидкостях.

Влияние неоднородности поверхности подложки на продольные колебания капли в ограниченном объеме жидкости

Алексей Алабужев — 2025-11-13

В данной работе рассматривается влияние свойств подложек на динамику капли в вибрационном поле. Исследуются собственные и вынужденные колебания капли жидкости, окруженной другой жидкостью в цилиндрическом сосуде конечного объёма. В равновесном состоянии капля имеет форму цилиндра и ограничена в осевом направлении двумя параллельными твердыми поверхностями. Учитывается динамика линии контакта трех сред (капля–жидкость–твердая поверхность): скорость движения контактной линии пропорциональная отклонению краевого угла от его равновесного значения. Коэффициент пропорциональности (параметр смачивания) является функцией координат поверхности подложки, что позволяет рассматривать эту поверхность как неоднородную. На сосуд действует вибрационная сила, которая направлена вдоль оси симметрии сосуда. Такие вибрации возбуждают только осесимметричные колебания капли, но из-за неоднородности будут возбуждаться азимутальные моды, спектр которых определяется видом неоднородности. Исследована зависимость частот и декрементов затухания собственных колебаний от параметров задачи. Показано, что неоднородность качественно меняет эти зависимости по сравнению с случаем однородной поверхности. При исследовании вынужденных колебаний обнаружены хорошо заметные резонансные эффекты. Показано, что присутствуют резонансные частоты азимутальных мод.

Расчет толщины ледопородного ограждения в условиях высоких внешних нагрузок

Дмитрий Поспелов — 2025-11-13

На практике, для расчёта необходимой толщины ледопородных ограждений (ЛПО) по критерию предельной прочности обычно применяются формулы, выведенные на основе критерия прочности Мора–Кулона (МК). Применение таких формул для расчёта толщины ЛПО в обводнённых горных породах на больших глубинах замораживания может быть сопряжено с существенными ошибками, связанными с влиянием нелинейности огибающей предельных кругов Мора. В рамках настоящей работы проведен анализ функционального вида нелинейных зависимостей максимального касательного напряжения (соответствующего предельному состоянию) от среднего нормального напряжения для различных типов пород, проведена классификация горных пород (песок, глина, алеврит), исходя из функционального вида аппроксимирующих формул для нелинейности огибающей предельных кругов Мора. На примере алеврита при –6°С построено численное решение задачи о предельном напряженном состоянии ЛПО при различных величинах нагрузки, действующей на внешнюю стенку ЛПО. Это решение было сопоставлено с классическим решением С. С. Вялова, в результате чего определены условия и границы применимости классических формул по расчёту толщины ЛПО на основании линейного критерия МК. Была выведена новая формула толщины ЛПО от внешней нагрузки на ЛПО, учитывающая нелинейное поведение огибающей предельных кругов Мора.

Исследование влияния газодинамических параметров распыления на качество тонких пленок прозрачных проводящих оксидов

Тимур Зинченко — 2025-11-13

Прозрачные проводящие оксиды (ППО) находят широкое применение в современной оптоэлектронике благодаря уникальному сочетанию высокой электропроводности и оптической прозрачности в видимом диапазоне спектра. Метод спрей-пиролиза является одним из наиболее перспективных технологических процессов получения тонкопленочных покрытий ППО, однако качество получаемых пленок критически зависит от газодинамических параметров распыления. В работе исследовалось влияние скорости газа-носителя, давления распыления, температуры подложки и концентрации прекурсора на морфологию, кристаллическую структуру и электрофизические свойства тонких пленок оксида индия-олова (ITO) и оксида цинка, легированного алюминием (AZO). Использовались методы рентгеноструктурного анализа, оптической спектроскопии и измерения электропроводности четырехзондовым методом. Установлено, что оптимальная скорость газа-носителя составляет 2.5–3.0 л/мин при давлении 0.15–0.20 МПа для получения пленок ITO с минимальным сопротивлением (8.2·10^-4 Ом·см) и максимальной прозрачностью (88% в видимом диапазоне). Увеличение температуры подложки с 350°C до 450°C приводит к улучшению кристалличности пленок и снижению удельного сопротивления на 40%. Математическая модель процесса показала корреляцию между числом Рейнольдса газового потока и однородностью толщины пленки. Полученные результаты демонстрируют критическую важность оптимизации газодинамических параметров для получения тонких пленок ППО. Разработанная математическая модель позволяет прогнозировать свойства пленок в зависимости от технологических параметров и может быть использована для оптимизации промышленных процессов производства прозрачных электродов для солнечных элементов и дисплеев.