Оценка влияния податливости подложки на напряжения, вызывающие потерю устойчивости отслоившегося покрытия
Автор: Гольдштейн Роберт Вениаминович, Устинов Константин Борисович, Ченцов Александр Викторович
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 3 т.4, 2011 года.
Бесплатный доступ
Рассмотрена задача потери устойчивости отслоившегося от подложки покрытия вследствие наличия в нем собственных деформаций сжатия, вызванных, например, нагревом. Предложены аналитические и численные (конечно-элементные) варианты решения. Модельное аналитическое решение для деформируемого покрытия получено в рамках классической теории тонких пластин. В двумерной постановке решена задача потери устойчивости сжатой в собственной плоскости пластины, моделирующей покрытие, скрепленной всюду, за исключением некоторой области отслоения, с упругой подложкой, рассматриваемой как бесконечное упругое тело. Получено выражение для критического сжимающего напряжения и показано, что отличие его величины от величины критического напряжения, соответствующего жестко защемленной пластине, определяется единым безразмерным параметром, представляющим собой комбинацию упругих констант покрытия и подложки и отношения длины отслоения к толщине покрытия. Проанализированы альтернативные варианты записи граничных условий и условий контакта покрытия и подложки. Полученные результаты хорошо коррелируют с результатами проведенных конечно-элементных расчетов.
Покрытие, отслоение, потеря устойчивости, критическое напряжение, пластина, упругая заделка, упругое основание
Короткий адрес: https://sciup.org/14320564
IDR: 14320564
Список литературы Оценка влияния податливости подложки на напряжения, вызывающие потерю устойчивости отслоившегося покрытия
- Obreimoff J.W. Splitting strength of mica//Proc. Roy. Soc. London. A. -1930. -V. 127. -P. 290-297.
- Kachanov L.M. Delamination buckling of composite materials. -Boston: Kluwer, 1988. -95 p.
- Hutchinson J.W., Suo Z. Mixed mode cracking in layered materials//Advances in Applied Mechanics. -1992. -V. 29. -P. 63-191.
- Cotterell B., Chen Z. Buckling and cracking of thin film on compliant substrates under compression//Int. J. of Fract. -2000. -V. 104. -P. 169-179.
- Yu H.H., Hutchinson J.W. Influence of substrate compliance on buckling delamination of thin films//Int. J. Fract. -2002. -V. 113. -P. 39-55.
- Parry G., Colin J., Coupeau C., Foucher F., Cimetiere A., Grilhe J. Effect of substrate compliance on the global unilateral post-buckling of coatings: AFM observation and finite element calculations//Acta mater. -2005. -V. 53. -P. 441-447.
- Audoly B., Boudaoud A. Buckling of a stiff film bound to a compliant substrate (part I). Formulation, linear stability of cylindrical patterns, secondary bifurcations//J. Mech. Phys. Solids. -2008. -V. 56, N. 7. -P. 2401-2421.
- Faulhaber S., Mercera C., Moon M.-W., Hutchinson J.W., Evans A.G. Buckling delamination in compressed multilayers on curved substrates with accompanying ridge cracks//J. Mech. Phys. Solids. -2006. -V. 54. -P. 1004-1028.
- Goldstein R.V., Ustinov K.B., Chentsov A.V. Buckling of delaminated coatings: effects of substrate compliance and coating thickness//2nd Int. Conf. «From Nanoparticles & Nanomaterials to Nanodevices & Nanosystems»: Abstracts book, June 28 -July 03, 2009, Rhodes, Greece. -P. 192.
- Yu H.H., He M.Y., Hutchinson J.W. Edge effects in thin film delamination//Acta Mater. -2001. -V. 49. -P. 93-107.
- Тимошенко С.П. Сопротивление материалов. -М.: Наука, 1965. -Т. 2. -480c.
- Ustinov K.B., Dyskin A.V., Germanovich L.N. Asymptotic analysis of extensive crack growth parallel to free boundary//3rd Int. Conf. «Localized Damage». Southamption: Comput. mech. Publ. -1994. -P. 623-630.
- Dyskin A.V., Germanovich L.N., Ustinov K.B. Asymptotic analysis of crack interaction with free boundary//Int. J. Solids Struct. -2000. -V. 37. -P. 857-886.
- Гольдштейн Р.В., Коновалов А.Б. Асимптотический анализ пространственной задачи о трещине-расслоении в двухслойной пластине: Препр./ИПМех РАН. -М., 1996. -№ 565. -39 c.
- Златин А.Н., Храпков A.A. Полубесконечная трещина, параллельная границе упругой полуплоскости//Докл. АН СССР. -1986. -Т. 291, № 4. -С. 810-813.
- Устинов К.Б. Об уточнении граничных условий для балочной модели кантилевера атомно-силового микроскопа и их влиянии на интерпретацию результатов измерений//Изв. РАН. МТТ. -2008. -N. 3. -P. 182-188.
- Устинов К.Б., Ченцов А.В. Аналитическое и численное моделирование потери устойчивости отслоившегося от подложки покрытия: Препр./ИПМех РАН. -М., 2010. -№ 926. -16 c.
- Устинов К.Б., Салганик Р.Л. Задача об упруго заделанной пластине, моделирующей частично отслоившееся от подложки покрытие (плоская деформация): Препр./ИПМех РАН. -М., 2010. -№ 948. -20 c.
