Компьютерное моделирование

Вариант эхометода со спектральной обработкой информации использован для НК сопла реактивного двигателя одной из космических систем [365]. Сопло длиной 1,9 м имеет форму песочных часов и изготовлено из двух слоев композиционных материалов. Наружный слой в 4 ... 5 раз тоньше внутреннего. Применение радиационной компьютерной томографии и обычного ультразвукового эхометода не позволило решить задачу контроля соединения слоев сопла. Компьютерный томограф обнаруживал только пустоты и дефекты с большим раскрытием, ультразвуковой эхометод не выявлял зоны плотного соприкосновения слоев при отсутствии адгезии.

Заслуживает внимания также работа, проводимая в Тихоокеанской северо-западной лаборатории (Б. Хилдебранд и Т. Харрингтон) [210, 211]. В этом случае речь идет о разработке системы ультразвуковой компьютерной томографии для измерения трехмерных полей остаточных напряжений в зоне сварных швов.

Инфракрасная томография (infrared tomography) Послойное (томографическое) представление структуры полупрозрачных объектов (газов) с использованием принципов проективной компьютерной томографии

В промышленности используют УЗ, рентгеновский, а также нейтронный контроль качества турбинных лопаток. Ультразвуковой метод малопроизводителен, сопровождается шумовыми отражениями ультразвука от элементов внутренней структуры лопаток и, в принципе, малопригоден для испытаний сплавов на основе никеля, из которых изготавливают лопатки. Результаты радиационного контроля сложны в интерпретации из-за затеняющего действия элементов внутренней структуры, и только метод компьютерной томографии позволяет получать приемлемые изображения сечений лопаток, а также измерять толщину стенок с точностью до 0,1 мм.

Чтобы выделить необходимую информацию об объекте контроля, из изображения просвечиваемого объекта можно вычесть бездефектное изображение стандартного объекта, а разность представить на дисплее, как это делается в медицинской цифровой ангиографии. При использовании компьютерной томографии можно из некоторых цифровых изображений слоев объекта контроля выделить часть данных и представить их на экране дисплея в виде участка объекта, который вращается, создавая иллюзию его трехмерности.

Современное состояние компьютерной томографии характеризуется распространением трехмерной томографии, в которой широко используются CCD-камеры как двумерные детекторы рентгеновского излучения. Это позволяет существенно снизить затраты времени на контроль, хотя они все еще велики.

В атомной энергетике одним из важнейших аспектов использования компьютерной томографии является контроль тепловыделяющих элементов (твэлов). Причем здесь могут иметь значение два аспекта - контроль необлученных твэлов и контроль облученных твэлов.

2. Наттерер Ф. Математические аспекты компьютерной томографии: Пер. с англ. М.: Мир, 1990.

9. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я., Тимонов А.А. Математические задачи компьютерной томографии. М.: Наука, 1987. С. 160.

речного слоя, сделанных под разными углами, восстанавливая двумерное изображение из серии одномерных. При этом главным и принципиальным отличием изображения в компьютерной томографии является то, что это изображение - результат точных измерений и вычислений, относящихся именно к выбранному слою.

Поэтому изображение в рентгеновской компьютерной томографии лишено перечисленных недостатков изображения традиционной диагностики, оно обладает почти в 10 раз большим контрастным разрешением во всем диапазоне изменения рентгеновских плотностей человеческого тела, делая возможным дифференциацию мягких тканей, позволяет разделять изображения наслаивающихся структур и точно показывать область патологических изменений. Рентгеновское излучение, проходя через объект, фильтруется и, соответственно, становится более жестким, поэтому коэффициент линейного ослабления однородного объекта будет уменьшаться по мере прохождения излучения через объект. Этот эффект называется «ходом с жесткостью» и должен учитываться при реконструкции изображения. Коррекция «хода с жесткостью» проводится с помощью фантома, изображение которого просто вычитается из изображения исследуемого объекта. При этом используется близость линейно-

34. Гулд. X., Табачник Я. Компьютерное моделирование в физике: В 2-х частях. Часть 1 / Пер. с англ. М.: Мир, 1990. 349 с.

Задается пороговое значение вероятности Х„ (например, X^O^S), которое определяет нижнее значение вероятности, при котором жидкость все еще может протечь в ячейку. В данном случае все ячейки с присвоенной им вероятностью Ху>0,45 не могут пропускать через себя жидкость. Х„ определяет порог перколяции и определяет степень пористости среды. Ячейки с вероятностями, меньшими пороговой, способны заполняться и пропускать сквозь себя жидкость. Они называются порами. Компьютерное моделирование процесса протекания при заданном Х„ заключается в том, что воспроизводится впрыскивание жидкости, которая из любой поры может вторгнуться только в пору, непосредственно находящуюся рядом с данной. Так моделируются "связи" между порами.

Уже в первых работах, выполненных Гляйтером с сотрудниками [1, 106], был установлен ряд особенностей структуры нано-кристаллических материалов, полученных газовой конденсацией атомных кластеров с последующим их компактированием. Это прежде всего пониженная плотность полученных нанокристаллов и присутствие специфической «зернограничной фазы», обнаруженное по появлению дополнительных пиков при мессбауэровских исследованиях. На основании проведенных экспериментов, включая компьютерное моделирование, была предложена структурная модель нанокристаллического материала, состоящего из атомов одного сорта (рис. 2.1) [1, 107]. В согласии с этой моделью такой нанокристалл состоит из двух структурных компонент: зерен-кристаллитов (атомы представлены светлыми кружками) и зер-нограничных областей (черные кружки). Атомная структура всех кристаллитов совершенна и определяется только их кристаллографической ориентацией. В то же время зернограничные области, где соединяются соседние кристаллиты, характеризуются пониженной атомной плотностью и измененными межатомными расстояниями.

К настоящему времени накоплен обширный экспериментальный материал, касающийся образования неравновесных границ зерен при их взаимодействии с решеточными дислокациями [172]. Под взаимодействием границ зерен с дислокациями понимают действие большеугловых границ как источников и стоков для дислокаций решетки. Достижением недавних исследований, включая компьютерное моделирование, явилось доказательство того, что решеточные дислокации, попадая в границу, остаются дискретными дефектами кристаллического строения и взаимодействие дислокаций с границами должно заключаться в достаточно сложных перестройках. Решеточная дислокация не может просто оборваться на границе, она должна продолжаться в границе зерно-граничной дислокацией (одной или несколькими). Поэтому в поликристалле решеточные дислокации вместе с зернограничными должны образовывать единую замкнутую систему (рис. 2.19) [172]. Следовательно, взаимодействие решеточных дислокаций с больше-угловыми границами сводится, по существу, к взаимным превращениям внутризеренных и зернограничных дислокаций. Как и

но, компьютерное моделирование при помощи наследственной ин-

стабильности. Последующее компьютерное моделирование

Компьютерное моделирование термодинамических свойств на-ночастиц полиэтилена также показало снижение температур плавления и стеклования при уменьшении диаметра частиц (рис. 3.13).

Промежуточная разливка. За последние годы в металлургической промышленности для повышения качества металла используется непрерывная разливка стали в сочетании с промежуточной разливкой. Это позволяет более эффективно управлять физико-химическими процессами в расплавах. Зекели и Эль-Каддах [341] провели компьютерное моделирование трехмерного турбулентного течения, с помощью которого удалось дать математическое описание тепловых и жидкостных потоков при промежуточной разливке, а также определить параметры турбулизации. Они использовали водяную модель и разливочное устройство прямоугольной формы, в которое вливалась жидкая сталь через погруженную насадку-питатель (рис. 137). Поток стали непрерывно выливался из разливочного устройства, обеспечивая условия стационарного течения. Дан--ные расчета трехмерного поля скоростей представлены в виде диаграммы в плоскостях ху (рис. 138) и zy на разных расстояниях z или х от дна модели соответственно.

Для управления и оптимизации сплавов с мартенситными структурами важно компьютерное моделирование таких структур [424, 425]. В работе [425] было смоделировано около 100 микроструктур для трех плоскостей Габитуса {3, 10, 15}, {259} и {225}. На рис. 156 представлены микроструктуры, полученные компьютерным моделированием для плоскости Габитуса {3, 10, 15}, при рассмотрении их с различных позиций. Дальнейшие успехи в моделировании мартенситных структур несомненно связаны с введением в качестве количественного параметра структуры фрактальной размерности.

Данная модель была модифицирована в работе Уэйнера и Пира [87] с целью учета зарождения и движения дислокаций в кристаллах при движении трещины. На основании результатов численного моделирования был сделан вывод о том, что характер разрушения при трещинообразовании — хрупкий или: вязкий — зависит от параметров закона межатомного взаимодействия. Исчерпывающее компьютерное моделирование двумерной задачи динамического роста трещины в дискретной решетке-было проведено Эшёрстом и Гувером [11] в предположении в том, что элементарные частицы массы взаимодействуют друг с другом согласно упрощенному закону Гука, а также Пэскином с соавторами [75], которые'для описания межатомного взаимодействия использовали потенциал Леннард-Джонса. В обеих работах установлено, что максимум скорости движения трещины не превосходит скорости волны Рэлея для данного материала..

Уже в первых работах, выполненных X. Гляйтером с сотрудниками [2], был установлен ряд особенностей структуры нанокристаллических материалов, полученных газовой конденсацией атомных кластеров с последующим их компактированием. Это, прежде всего, пониженная плотность полученных нанокристаллов и присутствие специфической «зер-нограничной фазы», обнаруженное с появлением дополнительных пиков при мессбауэровских исследованиях. На основании проведенных экспериментов, включая компьютерное моделирование, была предложена структурная модель нанокристаллического материала, состоящего из атомов одного сорта (рис. 1.5) [2]. В соответствии с этой моделью такой нанокристалл состоит из двух структурных компонент: кристаллитов-зерен (атомы представлены светлыми кружками) и зернограничных областей (черные кружки). Атомная структура всех кристаллитов совершенна и определяется только их кристаллографической ориентацией. В то же время зернограничные области, где соединяются соседние кристаллиты, характеризуются пониженной атомной плотностью и измененными межатомными расстояниями.