Деформирование тонкой пленки после утери контакта с цилиндрическим основанием с учетом влияния его кривизны, податливости и действия поперечных сил; отслоение, расположенное в окружном направлении
Автор: Гандилян Д.В.
Статья в выпуске: 2, 2024 года.
Бесплатный доступ
Рассмотрен процесс образования отслоения покрытия от цилиндрического основания под действием сжимающих напряжений. Решение задачи получено в рамках теории цилиндрических оболочек. В качестве уравнений равновесия использовались уравнения Муштари - Доннелла - Власова, а в качестве граничных условий - условия типа обобщенной упругой заделки. Получены выражения для компонент смещения покрытия и скорости высвобождения энергии при отслоении вдоль прямолинейной и криволинейной границы отслоения. Получены профили отслоившегося участка покрытия. Выявлена роль, вносимая податливостью основания и ее кривизны в значения скорости высвобождения энергии и угла поворота в точке заделки, а также в изменение формы профиля покрытия. Показано, что при увеличении податливости основания, а также (положительной) кривизны значения скорости высвобождения энергии и величины нормальной компоненты смещения покрытия существенно возрастают. Обнаружено, что при достаточно больших значениях кривизны основания в профиле отслоившегося участка покрытия возникает эффект гофрирования, что приводит к появлению локальных экстремумов в графике зависимости скорости высвобождения энергии от протяженности отслоения. Данного эффекта не наблюдалось при исследовании отслоения, расположенном в продольном направлении [1]. Также показано, что для достаточно податливых оснований существует некоторая критическая ширина отслоения, для которой отслоению становится энергетически выгоднее развиваться за счет удлинения, чем за счет расширения. При увеличении положительной кривизны и податливости основания значение критической ширины уменьшается. Также рассмотрено альтернативное условие существования критической ширины отслоения, заключающееся в исследовании величины угла поворота в точке заделки, соответствующей перекрытию поверхностей покрытия и основания при значении угла равного нулю.
Покрытие, основание, цилиндрическая оболочка, радиус кривизны, скорость высвобождения энергии, обобщенная упругая заделка, гофрирование
Короткий адрес: https://sciup.org/146282914
IDR: 146282914 | DOI: 10.15593/perm.mech/2024.2.05
Список литературы Деформирование тонкой пленки после утери контакта с цилиндрическим основанием с учетом влияния его кривизны, податливости и действия поперечных сил; отслоение, расположенное в окружном направлении
- Устинов, К.Б. Деформирование тонкой пленки после утери контакта с цилиндрическим основанием; отслоение, расположенное в осевом направлении / К.Б. Устинов, Д.В. Ганди-лян // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. - 2023. - № 5. -С. 159-172. DOI: 10.15593/perm.mech/2023.5.11
- Гольдштейн, Р.В. Отслоение покрытий под действием термоупругих напряжений (балочное приближение) / Р.В. Гольдштейн, Н.М. Осипенко // Вестник СамГУ-Естественнонаучная серия. - 2007. - № 4(54). - С. 66 - 83.
- Kachanov, L.M. Delamination Buckling of Composite Materials / L.M. Kachanov. - Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 1988.
- Li, S. The effects of shear on delamination in layered materials / S. Li, J.Z. Wang, M.D. Thouless // J. Mech. Phys. Solid. -2004. - Vol. 52, no. 1. - P. 193-214.
- Andrews, M. The effects of shear and near tip deformations on energy release rate and mode mixity of edge-cracked orthotropic layers / M. Andrews, R. Massabo // Eng. Fract. Mech. - 2007. -Vol. 74, no. 17. - P. 2700-2720.
- Thouless, M.D. Shear forces, root rotations, phase angles and delamination of layered materials / M.D. Thouless // Eng. Fract. Mech. - 2018. - Vol. 191. - P. 153-167.
- Hutchinson, J.W. Mixed mode cracking in layered materials / J.W. Hutchinson, Z. Suo. - California: Advances in Applied Mechanics edited by J.W. Hutchinson and T.Y. Wu. - 1992. - 191 p.
- Balint, D.S. Mode II Edge Delamination of Compressed Thin Films / D.S. Balint, J.W. Hutchinson // J. Appl. Mech. - 2001. -Vol. 68. - P. 725-730. DOI: 10.1115/1.1388012
- Initiation of free-edge delamination in composite laminates / L. Lagunegrand, T. Lorriot, R. Harry, H. Wargnier, J.M. Quenisset // Compos. Sci. Technol. - 2006. - Vol. 66. - P. 1315-1327. DOI: 10.1016/j.compscitech.2005.10.010
- Hutchinson, J.W. The influence of imperfections on the nucleation and propagation of buckling driven delaminations / J.W. Hutchinson, M.Y. He, A.G. Evans // J. Mech. Phys. Solids. - 2000. -Vol. 48. - P. 709-734. DOI: 10.1016/S0022-5096(99)00050-2
- Evans, A.G. The mechanics of coating delamination in thermal gradients / A.G. Evans, J.W. Hutchinson // Surface and Coatings Technology. - 2007. - Vol. 201. - P. 7905-7916.
- Blistering in Cu2ZnSnS4 thin films: correlation with residual stresses / C. Malerba, M. Valentini, R.C.L. Azanza, A. Rinaldi, A. Mittiga // Mater. Design. - 2016. - Vol. 108. - 16 p. DOI: 10.1016/j.matdes.2016.07.019
- Residual stress relief of hard a-C films though buckling / D.G. Liu, L. Zheng, J.Q. Liu, L.M. Luo, Y.C. Wu // Ceram. Int. -2018. - Vol. 44. - P. 3644-3648. DOI: 10.1016/j.cera-mint.2017.11.115
- Hutchinson, J.W. Delamination of compressed films on curved substrates / J.W. Hutchinson // J. Mech. Phys. Solids. -2001. - Vol. 49. - P. 1847-1864.
- Buckling delamination in compressed multilayers on curved substrates with accompanying ridge cracks / S. Faulhaber, C. Mercer, M.-Y. Moon [et al.] // J. Mech. Phys. Solids. - 2006. -Vol. 54. - P. 1004-1028.
- Yu, H.-H. Influence of substrate compliance on buckling delamination of thin films / H.-H. Yu, J.W. Hutchinson // Int. J. Fract. - 2002. - Vol. 113. - P. 39-55.
- Гольдштейн, Р.В. Оценка влияния податливости подложки на напряжения потери устойчивости отслоившегося покрытия / Р.В. Гольдштейн, К.Б. Устинов, А.В. Ченцов // Вы-числ. Мех. Спл. Сред. - 2011. - Т. 4, № 3. - С. 48-57.
- Ustinov, K.B. On influence of substrate compliance on delamination and buckling of coat- ings / K.B. Ustinov // Engineering Failure Analysis. - 2015. - P. 1-7. DOI: 10.1016/j.eng-failanal.2013.09.022
- Устинов, К.Б. Оценка влияния кривизны и податливости основания на параметры отслоения покрытия / К. Б. Устинов, Е.А. Каспарова // Деформация и разрушение материалов. -2015. - № 3. - С. 28-35.
- Ustinov, K.B. On Combined Influence of Substrate Curvature and Compliance on Parameters of Coating Delamination from a Cylindrical Base / K.B. Ustinov, D.V. Gandilyan // Mechanics of Solids. - 2023. - Vol. 58(2). - P. 240-258.
- Власов, В.З. Балки, плиты и оболочки на упругом основании / В.З. Власов, Н.Н. Леонтьев. - М.: Гос. изд. физ.-мат. литературы, 1960. - 490 с.
- Sanders, J.L. Nonlinear theories for thin shells / J.L. Sanders // Quart. Appl. Math. - 1963. - Vol. XXI, no. 1. - P. 21-36.
- Григоренко, Я.М. Решение нелинейных задач теории оболочек на ЭВМ / Я.М. Григоренко, А.П. Мукоед. - Киев: Издательское объединение «Вища школа», 1983. - 286 с.
- Власов, В.З. Избранные труды. Общая теория оболочек / В.З. Власов. - М.: Издательство АН СССР, 1962. - Т. I. -528 с.
- Ustinov, K.B. On elastic clamping boundary conditions in plate models describing detaching bilayers / K.B. Ustinov, R. Massabo // International Journal of Solids and Structures. - 2022. -Vol. 248. - P. 11-16. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2022.111600
- Malyshev, B.M. The strength of adhesive joints using the theory of crack / B.M. Malyshev, R.L. Salganik // Int. J. Fracture Mechanics. - 1965. - Vol. 1, no. 2. - P. 114-128.
- Дыскин, А. В. Модель дилатансии хрупких материалов с трещинами при сжатии / А.В. Дыскин, Р.А. Салганик // Изв. АН СССР. МТТ. - 1987. - № 6. - С. 169-178.
- Ustinov, K.B. On separation of a layer from the halfplane: elastic fixation conditions for a plate equivalent to the layer / K.B. Ustinov // Mechanics of Solids. - 2015. - Vol. 50, no. 1. -P. 62-80.
- Устинов, К.Б. Об отслоении слоя от полуплоскости для некоторого класса различных упругих свойств / К.Б. Устинов // Препринт ИПМех РАН. - 2013. - № 1048. - 50 с.
- Салганик, Р. Л. Задача об упруго заделанной пластине, моделирующей частично отслоившееся от подложки покрытие (плоская деформация) / Р. Л. Салганик, К.Б. Устинов // Известия РАН МТТ. - 2012. - № 4. - С. 50-62.
- Устинов, К.Б. О сдвиговом отслоении тонкого слоя от полуплоскости / К.Б. Устинов // Изв. РАН. МТТ. - 2014. -№ 6. - С. 141-152.
- Ustinov, K.B. On semi-infinite interface crack in bi-mate-rial elastic layer / K.B. Ustinov // Eur. J. Mech. A. Solids. - 2019. -Vol. 75. - P. 56-69.
