Многослойной структуры

грузовой вагон, кузов к-рого имеет теплоизоляцию, ограничивающую теплообмен между его внутр. пространством и наруж. средой, и оборудованный холодильными установками (рефрижераторные вагоны). Для перевозки скоропортящихся продуктов применяют универс. И.в. и спец. (для перевозки рыбы, вина, молока). Для перевозки свежих продуктов, не требующих охлаждения, на небольшие расстояния используют вагоны-термосы (необорудов. холодильными установками), в к-рых температурный режим поддерживается за счёт особой многослойной конструкции стенок кузова.

-многослойной конструкции М

Для работы при высоком давлении среды применяются сильфоны многослойной конструкции, оболочка которых состоит из набора вставленных одна в другую тонкостенных гофрированных труб.

На стенде автором были сняты характеристики ряда сильфонов многослойной конструкции из стали Х18Н10Т. Изменения жесткости и линейного прогиба сильфонов с изменением величины рабочего внешнего давления представлены на графиках фиг. 107 и 108. НС на графиках означает сильфон из нержавеющей стали; первые две цифры — наружный диаметр сильфона в мм; вторые две цифры — число гофров; третья цифра — толщина одного слоя многослойной оболочки в мм; последняя цифра — число слоев гофрированной оболочки сильфона.

Автором проведено большое число испытаний сильфонов однослойной и многослойной конструкции на долговечность работы при различных рабочих ходах на сжатие в условиях внутреннего и наружного рабочего давления воздуха. Для этой цели спроектировано и изготовлено несколько испытательных стендов.

При расчете температурного режима фрикционной пары может оказаться, что температура выше допустимой. Снизить температуру можно, увеличив площадь трения, толщину элемента пары, если она меньше &=$, применением более теплоемких и теплопроводных материалов в конструкции, созданием многослойной конструкции.

В ряде случаев работоспособность металлической конструкции зависит от уровня колебаний, вызываемых динамическими и сейсмическими воздействиями. Здесь важным фактором является демпфирование. Для многослойных металлических конструкций декремент колебаний на порядок выше декремента колебаний монолитных. Следовательно, уровни колебаний и динамических напряжений в многослойной конструкции будут значительно ниже.

Рис. 1. Корпус сосуда высокого давления многослойной конструкции с концентрическим (а) и рулонированным (б) расположением слоев:

Исходя из условий транспортировки пара, размещать их целесообразно на территории промышленных узлов или в непосредственной близости от потребителей технологического пара, что предъявляет ряд требований к таким станциям, атомным реакторам и их корпусам. Создание АСПТ требует разработки недорогих, надежных и безопасных в эксплуатации корпусов атомных реакторов. Опыт применения многослойной конструкции в химическом и нефтехимическом производстве показал, что таким требованиям соответствуют корпуса атомных реакторов в многослойном исполнении.

Приведена математическая модель и исследованы тепловые режимы многослойной конструкции. Численное моделирование на сеточном процессоре гибридной вычислительной машины показало, что многослойная оболочка в заданных условиях не может быть заменена монолитной с эквивалентными теплофизическими свойствами. Определению температурных полей в многослойных конструкциях посвящены многочисленные исследования, выполненные в СССР и за рубежом. Тепловым расчетам многослойных конструкций посвящена работа [6]. Согласно литературным данным для числа слоев п, большего 3—5, в случае переменных граничных условий и переменных теплофизических характеристик приближенные аналитические методы решения линейных задач дают чрезвычайно громоздкие решения. Нелинейные задачи с зависящими от температуры теплофизическими характеристиками, граничными условиями и источниками тепла можно решить только численными методами при реализации решений на аналоговых, цифровых или гибридных вычислительных машинах (АВМ, ЦВМ и ГВМ) [2, 3].

3. Если эквивалентные в тепловом отношении теплофизические характеристики и граничные условия существуют, каким путем они могут быть определены по исходным данным, заданным для многослойной конструкции?

Перспективными являются магнитные преобразователи, использующие гигантский магниторезистивный эффект (ГМРЭ). ГМРЭ проявляется в многослойных структурах, в которых тонкие магнитные плёнки чередуются с немагнитными слоями проводящих плёнок, а также в гранулированных сплавах, изготовленных в виде плёнок или проволок, содержащих ферро - или ферримагнитные частицы. Существование ГМРЭ базируется на том, что процессы рассеяния для одного направления спинов электронов проводимости действуют более эффективно, чем для другого, в зависимости от направления локальной намагниченности и при отсутствии эффективного процесса опрокидывания направления спинов. В таком случае, если соседние магнитные слои намагничены в противоположных направлениях, никакие электроны не могут проходить через два слоя, не испытывая большого рассеяния. Это и приводит к резкому повышению сопротивления магниторезистора. Если все магнитные слои намагничены в одном направлении, то половина всех электронов может свободно проходить через магнитные слои, что соответствует малому сопротивлению многослойной структуры. Преобразователи на основе ГМРЭ могут быть изготовлены в интегральном исполнении.

Перспективными являются магнитные преобразователи, использующие гигантский магниторезистивный эффект (ГМРЭ). ГМРЭ проявляется в многослойных структурах, в которых тонкие магнитные плёнки чередуются с немагнитными слоями проводящих плёнок, а также в гранулированных сплавах, изготовленных в виде плёнок или проволок, содержащих ферро - или ферримагнитные частицы. Существование ГМРЭ базируется на том, что процессы рассеяния для одного направления спинов электронов проводимости действуют более эффективно, чем для другого, в зависимости от направления локальной намагниченности и при отсутствии эффективного процесса опрокидывания направления спинов. В таком случае, если соседние магнитные слои намагничены в противоположных направлениях, никакие электроны не могут проходить через два слоя, не испытывая большого рассеяния. Это и приводит к резкому повышению сопротивления мапшторезистора. Если все магнитные слои намагничены в одном направлении, то половина всех электронов может свободно проходить через магнитные слои, что соответствует малому сопротивлению многослойной структуры. Преобразователи на основе ГМРЭ могут быть изготовлены в интегральном исполнении.

В ряде случаев в многодисковых муфтах сцепления может проявляться в условиях смазки эффект избирательного переноса [8], когда на поверхности трения дисков может образовываться тонкая сервовитная медная пленка. В этом случае необходимо рассматривать более сложную структуру: фрикционный материал + сервовитная медная пленка -- граничная пленка масла. Экранирующее действие пленки масла при этом сохраняется, а расчет приведенных теплофизических характеристик выполняют для многослойной структуры по зависимостям (11.19)— (11.22).

К наиболее распространенному виду многослойных оболочек из композиционных материалов относятся оболочки вращения. Анализ прочности, устойчивости и динамики тонких многослойных оболочек вращения проведем с использованием кольцевого оболо-чечного элемента. Специфика многослойной структуры элемента будет характеризоваться интегральными жесткостными свойствами по толщине пакета, которые подробно рассмотрены в гл. 1.

При анализе электросопротивления пленок следует учитывать, как отмечалось ранее (см. выражение (3.1)), возможность рассеяния электронов внешними поверхностями, а также топографию последних, наличие столбчатой или многослойной структуры (см. рис. 2.1, в, г). Пленки по характеру зависимости р от толщины без учета нанокристалличности принято условно подразделять на три группы:

Структурное совершенство поверхности раздела соединяемых пластин и прилежащих к ней областей играет очень важную роль, особенно при создании многослойных композиций для силовой электроники. При прямом соединении пластин одинаковой кристаллографической ориентации с разворотом одной поверхности относительно другой в плоскости контакта, не превышающим 0,5°, формируется композиция, которая практически является аналогом многослойной структуры, создаваемой методом эпитаксиального наращивания. Увеличение угла разворота до 45 приводит к формированию на границе соединения супертонкого нарушенного слоя. При соединении поверхности ориентации (111) с поверхностью ориентации (100) на границе раздела возможно образование очень тонкого (2...3нм) аморфного слоя. Таким образом, получение структурно совершенной границы раздела требует строгого контроля взаимной ориентации соединяемых поверхностей.

Ключ к созданию нанокристаллических материалов с повышенной температурной стабильностью хранения информации - многослойные антиферромагнитно-связанные структуры. Обычная запоминающая среда для рабочего слоя жестких дисков — это сплав CoPtCrB. Стабильность сплава повышается при использовании многослойной структуры с антиферромагнитной связью, обусловленной введением промежуточного слоя рутения толщиной в три атомных слоя. Последовательность расположения слоев в такой структуре имеет вид: CoPtCrB/Ru/CoPtCrB. Для получения высокой плотности записи должно быть мало произведение остаточной намагниченности на толщину рабочего слоя (Р~ (МГ8)~[), но это приводит к уменьшению амплитуды сигнала воспроизведения. В случае антиферромагнитно-связанной структуры противоположные ориентации намагниченности делают всю структуру похожей на более тонкую, чем она есть в действительности. Формально это описывается введением эффективной «магнитной толщины» (Л/Д)эфф = (Мг§){ - (Мг$)2, где индексы 1 и 2 относятся к ферромагнитным слоям с противоположной намагниченностью. Вследствие этого, антиферромагнитная связь позволяет добиться повышения плотности записи без уменьшения физической толщины рабочего слоя 5. Результатом исследований фирмы IBM стал промышленный выпуск жестких дисков с поверхностной плотностью записи 4 Гбит/см2 на основе сплава с размером зерен 8,5 нм. В 2000 г. та же фирма продемонстрировала в лабораторном масштабе достижение плотности записи 5,4 Гбит/см2.

К наиболее распространенному виду многослойных оболочек из композиционных материалов относятся оболочки вращения. Анализ прочности, устойчивости и динамики тонких многослойных оболочек вращения проведем с использованием кольцевого оболо-чечного элемента. Специфика многослойной структуры элемента будет характеризоваться интегральными жесткостными свойствами по толщине пакета, которые подробно рассмотрены в гл. 1.

Новые возможности экспериментального определения оптических констант связаны с измерением отражения от многослойных интерференционных систем (МИС), в изготовлении которых в последние годы достигнут значительный прогресс (см. гл. 4 и приложение III). В основе этого способа определения оптических постоянных лежит измерение угловой зависимости отражения МИС вблизи угла 6Ь, определяемого условием Вульфа—Брэгга, в необходимом интервале энергии рентгеновского излучения. По результатам этих измерений строятся аналогичные расчетные зависимости (метод расчета см. в гл. 4), в которых используются значения б2, у2, уъ определенные, с достаточной точностью. Подбором искомого значения бх добиваются совпадения расчетной и экспериментальной зависимостей. Таким способом авторами работ [37, 66] с использованием многослойной структуры Ti—С получена дисперсия константы б для Ti в районе /(-края поглощения.

Рис. 1.15. Спектральная зависимость пикового коэффициента отражения многослойной структуры, получен^ ная с помощью приставки к прибору РСМ-500 [29]

На рис. 1.15 представлена спектральная зависимость пикового коэффициента отражения многослойной структуры W—С при угле падения излучения 9 = 20,5° [29].