Деформирование полупространства с неоднородным упругим покрытием

• Автор: Кренев, Леонид Иванович
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 129 с. : ил.

ГЛАВА 1. НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ НЕОДНОРОДНОГО ПО ГЛУБИНЕ ОСНОВАНИЯ ПРИ ДЕЙСТВИИ ПРОИЗВОЛЬНОЙ ОСЕСИММЕТРИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ
§1.1 Постановка граничной задачи для непрерывно-неоднородного по глубине полупространства при заданных на его поверхности усилиях
§1.2 Построение фундаментального решения для неоднородного по глубине полупространства
§1.3. Численный анализ фундаментального решения для некоторых характерных видов неоднородности
ГЛАВА 2. РЕШЕНИЕ ОСЕСИММЕТРИЧНОЙ ЗАДАЧИ СО СМЕШАННЫМИ ГРАНИЧНЫМИ УСЛОВИЯМИ ДЛЯ НЕОДНОРОДНОГО ПО ГЛУБИНЕ ПОЛУПРОСТРАНСТВА
§2.1 Постановка задачи о внедрении выпуклого штампа в неоднородное по глубине полупространство
§2.2 Приближенное решение задачи о внедрении выпуклого штампа в непрерывно-неоднородное по глубине полупространство
§2.2.1. Свойства парных интегральных уравнений задачи
§2.2.2. Приближенное аналитическое решение парного интегрального уравнения задачи
§2.3. Численный анализ решения задачи о внедрении параболического штампа в неоднородное основание
§2.3.1. Оценка точности приближенного аналитического решения
§2.3.2. Численный анализ напряженно-деформированного состояния неоднородного слоя при индентировании
ГЛАВА 3. ОЦЕНКА УПРУГИХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕОДНОРОДНЫХ ПОКРЫТИЙ МЕТОДОМ ИНДЕНТИРОВАНИЯ
§3.1 Определение понятия жесткости неоднородного покрытия. Зависимость жесткости от параметров слоя и индентора
§3.2 Учет условий реального эксперимента по индентированию
§3.2.1 Учет деформируемости штампа
§3.2.2 Определение условий проведения неразрушающих испытаний неоднородных покрытий
§3.3 Определение механических характеристик неоднородного покрытия по результатам индентирования
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ПРИЛОЖЕНИЕ В

В диссертации рассматривается осесимметричное упругое деформирование неоднородного основания, состоящего из покрытия, (представляющего из себя упругий, непрерывно-неоднородный по толщине слой), сцепленного с подложкой в виде упругого однородного изотропного полупространства. Упругие свойства покрытия изменяются как произвольные непрерывные функции по глубине. Далее будем называть неоднородное основание также неоднородным полупространством, полагая что упругие характеристики его непрерывно изменяются по глубине в приповерхностном слое, а затем стабилизируются. С поверхности основание загружено произвольной осесимметричной, распределенной внутри круга, нормальной нагрузкой, которая может быть задана или определяется как решение некоторой контактной задачи.
Изменение механических свойств по глубине в приповерхностном слое присуще многим материалам и конструкциям (основаниям, фундаментам, дорожным покрытиям и т.п.). Это вызвано как технологией их создания, так и условиями эксплуатации. В том случае, когда зона контакта сопоставима с толщиной неоднородного слоя, а различие упругих свойств подложки и покрытия достаточно велики, пренебрежение эффектом неоднородности может приводить к серьезным ошибкам в моделировании процесса деформирования основания и в определении упругих свойств неоднородного слоя.
В настоящее время большое развитие получили технологии создания тонких покрытий и пленок, состав которых, а значит, механические и физические характеристики, непрерывно изменяются по глубине, что позволяет увеличить срок эксплуатации изделий и придать им новые свойства. Подобные технологии применяются в машиностроении, энергетике, электронике, компьютерной и военно-космической технике,
биотехнологии, обеспечивают прорыв в ведущих областях человеческой деятельности, и являются в Германии, США, Японии и других развитых странах, приоритетным направлением 2001-2010 г.г. с прогрессирующим увеличением государственного финансирования.
Несмотря на сверхмалые толщины тонких покрытий, законы их механического поведения хорошо описываются в рамках теории упругости. Основным методом контроля механических характеристик системы подложка-покрытие является индентирование (внедрение в поверхность испытываемого материала штампа и чрезвычайно точная фиксация связи между приложенной к нему силой и вызванным этой силой смещением). Приборы для проведения этих исследований для тонких покрытий довольно редки (в России только 1 ) и дороги (=100 000$). С этим связана высокая стоимость и длительность испытаний новых материалов и изделий непосредственно на стендах. Необходимость систематизации результатов испытаний поддерживает и сегодня интерес к решению задач контактного взаимодействия в случае, когда упругие свойства материала являются переменными. На сайтах компаний-производителей инденторов представлены постоянно обновляющиеся работы исследователей, посвященные последним достижениям в области определения свойств различных неоднородных по глубине материалов. В ведущих научных журналах публикуются сотни статей по технологии получения тонких покрытий с заданными свойствами и исследованию их механических характеристик (упругость, твердость, адгезия)[65-67,69-78,81-102].
Исследование напряженно-деформированного состояния тонкого неоднородного покрытия сцепленного с однородной подложкой и определение по результатам индентирования механических характеристик системы покрытие-подложка является одной из целей данной работы.
Изучение процесса взаимодействия твердых деформируемых тел является предметом механики контактного взаимодействия, основы

Рис. 18.Схема индентирования выпуклым осесимметричным штампом неоднородного полупространства