Математическое и компьютерное моделирование тепловых процессов и остаточных напряжений при взаимодействии катодного пятна вакуумной дуги с поверхностью металлов

Кузнецов В.Г.

Институт проблем машиноведения Российской академии наук, Санкт-Петербург

Ключевые слова: катодное пятно, вакуумная дуга, моделирование, температура, остаточные напряжения, поверхность, плазма.

Аннотация. Решена задача о распределении температуры под катодным пятном с учетом плавления и испарения металла, доведенного до температуры кипения на поверхности катодного пятна. Процесс переноса тепла в металле описывается трехмерным нестационарным уравнением теплопроводности в декартовой системе координат. Для решения поставленной задачи использовался численный метод конечных разностей и переменных направлений. Представлены расчетные значения времени нахождения катодного пятна на одном месте от его радиуса и скорости движения. Выполнена оценка влияния высокой температуры в катодном пятне и скорости его перемещения на напряжения и деформации, возникающие в металлическом кольце при обработке его внешней поверхности катодными пятнами вакуумной дуги. Задача решалась методом конечных элементов.

Mathematical and computer modeling of thermal processes and residual stresses in the interaction of the cathode spot of the vacuum arc with the surface of metals

Kuznetsov V.G.

Institute of Problems of Mechanical Engineering of the Russian Academy of Science, Saint-Petersburg

Keywords: cathode spot, vacuum arc, simulation, temperature, residual stresses, surface, plasma.

Abstract. The problem of temperature distribution under the cathode spot is solved, taking into account the melting and evaporation of metal driven to the boiling point on the surface of the cathode spot. The process of heat transfer in a metal is described by a three-dimensional unsteady heat conduction equation in a Cartesian coordinate system. To solve the problem, the numerical method of finite differences and variable directions was used. The calculated values of the time spent by the cathode spot in one place from its radius and speed of movement are presented. The influence of the high temperature in the cathode spot and the speed of its movement on the stresses and deformations that occur in the metal ring when its outer surface is treated with cathode spots of the vacuum arc are evaluated. The problem was solved by the finite element method.