Влияние параметров точечных дефектов на дисперсию и нелинейную пространственную локализацию продольных волн, распространяющихся в материалах

Автор: Анна Леонтьева

Организация: Институт проблем машиностроения РАН

При воздействии на материал лазерного излучения или потока частиц (например, при ионной имплантации) в нем создаются точечные дефекты (вакансии, межузлия) [1]. Прохождение интенсивной продольной акустической волны способствует изменению в областях растяжения и сжатия энергии активации образования точечных дефектов, приводя к их пространственному перераспределению. Дефекты, мигрирующие по материалу, рекомбинируют на различного рода центрах. Роль таких центров могут играть дислокации, примеси внедрения и др.

В [2] показано, что задачу о распространении акустической волны в материале с точечными дефектами следует рассматривать как самосогласованную, включающую в себя, наряду с динамическим уравнением теории упругости, кинетическое уравнение для плотности дефектов.

В [3, 4] исследовано взаимодействие нелинейной волны деформации с полем концентрации точечных дефектов (вакансий, межузлий), приводящее как к рассеянию волны, так и к изменению энергии активации образования дефектов и их пространственному перераспределению. При этом предполагается, что основными процессами, определяющими поведение дефектов, являются процессы генерации, рекомбинации и диффузии, а также учитывается объемная взаимная рекомбинация разноименных дефектов. В [4] совместно с полем концентрации точечных дефектов проанализировано влияние внешнего нестационарного неоднородного температурного поля на нелинейные волны деформации.

В данной работе рассматривается распространение гармонических и нелинейных продольных волн в среде с точечными дефектами. Самосогласованная математическая модель, включающая в себя уравнения теории упругости и кинетические уравнения для плотностей различных типов точечных дефектов, в условиях статической деформации сводится к нелинейному эволюционному уравнению, объединяющему в себе известные уравнения волновой динамики. Показано, что наличие точечных дефектов способствует появлению низкочастотных дисперсии и затухания. Проанализировано влияние параметров системы (коэффициент диффузии дефектов, дилатационный параметр, скорость рекомбинации на стоках) на степень выраженности дисперсии. На рисунке показаны типы нелинейных стационарных волн.

1. Мирзоев Ф.Х., Панченко В.Я., Шелепин Л.А. Лазерное управление процессами в твердом теле // УФН. – 1996. – Т. 166, № 1. – С. 3–32.

2. Мирзоев Ф.Х., Шелепин Л.А. Нелинейные волны деформации и плотности дефектов в металлических пластинах при воздействии внешних потоков энергии // ЖТФ. – 2001. –Т. 71, № 8. – С. 23–26.

3. Ерофеев В.И., Леонтьева А.В., Мальханов А.О. Влияние дефектов на пространственную локализацию нелинейных акустических волн // Изв. РАН. Серия физическая. – 2018. – Т. 82, № 5. – С. 591–596.

4. Ерофеев В.И., Леонтьева А.В., Шекоян А.В. Ударные волны в термоупругой среде с точечными дефектами // ЖТФ. – 2020. – Т. 90, № 1. – С. 26-32.