Локальна втрата стійкості покриття тонкоплівкової системи під дією стиску вздовж міжфазної тріщини за різних умов контакту
DOI:
https://doi.org/10.15407/dopovidi2025.06.074Ключові слова:
тонка плівка, матеріали з покриттям, міжфазна тріщина, гіперпружний матеріал, критичні деформаціїАнотація
У межах тривимірної лінеаризованої теорії стійкості деформівних тіл досліджено вплив послаблення зв’язку між компонентами кусково-однорідного напівобмеженого тіла (тонкоплівкова система, матеріал з покриттям) на значення критичних параметрів втрати стійкості під дією стиску такого тіла вздовж міжфазної тріщини. З цією метою на межі поділу середовищ поза тріщиною розглядаються два типи контакту, які моделюють, відповідно, «найсильніший» та «найслабший» тип зв’язку – жорстке з’єднання та гладке проковзування. Указані критичні параметри визначені в результаті розв’язання задач на власні значення для інтегральних рівнянь Фредгольма першого роду (або їх систем), до яких зводяться вихідні граничні задачі. У випадку достатньо довгих по відношенню до товщини покриття тріщин визначено межі застосовності наближеної формули для критичних деформацій, що відповідають локальній втраті стійкості покриття в області над тріщиною.
Завантаження
Посилання
Biot, M. A. (1965). Mechanics of incremental deformations. New York: John Wiley & Sons. 504 p.
Schultheisz, C. R. & Waas, A. M. (1996). Compressive failure of composites, part I: Testing and micromechanical theories. Prog. Aerosp. Sci., 32, No. 1, pp. 1-42. https://doi.org/10.1016/0376-0421(94)00002-3
Waas, A. M. & Schultheisz, C. R. (1996). Compressive failure of composites, part II: Experimental studies. Prog. Aerosp. Sci., 32, No. 1, pp. 43-78. https://doi.org/10.1016/0376-0421(94)00003-4
Guz, A. N. (2008). Fundamentals of the fracture mechanics of compressed composites. Kyiv: Litera (in Russian).
Mei, H., Landis, C. M. & Huang, R. (2011). Concomitant wrinkling and buckle-delamination of elastic thin films on compliant substrates. Mech. Mater., 43, pp. 627-642.
Nikravesh, S., Ryu, D. & Shen, Y.-L. (2020). Instabilities of thin films on a compliant substrate: Direct numerical si- mulations from surface wrinkling to global buckling. Sci. Rep., 10, 5728. https://doi.org/10.1038/s41598-020-62600-z
Kipnis, A. L. (2025). Wrinkling of hyperelastic thin film on hyperelastic semibounded substrate in cases of rigid connection and frictionless sliding of components. J. Elast., 157, 40. https://doi.org/10.1007/s10659-025-10130-y
Yu, H.-H. & Hutchinson, J. W. (2002). Influence of substrate compliance on buckling delamination of thin films. Int. J. Fract., 113, pp. 39-55. https://doi.org/10.1023/A:1013790232359
Gu, P. & Chen, X. (2022). Role of an interface crack for the blistering mode of a stiff film on a compliant subst- rate. J. Coat. Technol. Res, 19, pp. 661-669. https://doi.org/10.1007/s11998-021-00556-z
Cotterell, B. & Chen, Z. (2000). Buckling and cracking of thin film on compliant substrates under compression. Int. J. Fract., 104, pp. 169-179. https://doi.org/10.1023/A:1007628800620
Bogdanov, V., Dovzhyk, M. & Nazarenko, V. (2024). Analysis of the beam approximation applicability in problems on compression of bodies along closely spaced cracks. In: Altenbach, H., Bogdanov, V., Grigorenko, A. Y., Kush- nir, R. M., Nazarenko, V. M. & Eremeyev, V. A. (eds.). Selected problems of solid mechanics and solving methods. Advanced Structured Materials, vol. 204 (pp. 59-80). Cham: Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-031-54063-9_5
Cao, Y., Jiang, Y., Li, B. & Feng, X. (2012). Biomechanical modeling of surface wrinkling of soft tissues with growth-dependent mechanical properties. Acta Mech. Solida Sin., 25, pp. 483-492. https://doi.org/10.1016/ S0894-9166(12)60043-3
Stewart, P. S., Waters, S. L., Sayed, T. E., Vella, D. & Goriely, A. (2016). Wrinkling, creasing, and folding in fiber- reinforced soft tissues. Extreme Mech. Lett., 8, pp. 22-29. https://doi.org/10.1016/j.eml.2015.10.005
Dimmock, R. L., Wang, X., Fu, Y., Haj, A. J. L. & Yang, Y. (202). Biomedical applications of wrinkling polymers. Recent Prog. Mater., 2, No. 1, 005. https://doi.org/10.21926/rpm.2001005
Dowson, D. (2012). Bio-tribology. Faraday Discuss., 156, pp. 9-30. https://doi.org/10.1039/c2fd20103h
Dunn, A. C., Tichy, J. A., Urueña, J. M. & Sawyer, W. G. (2013). Lubrication regimes in contact lens wear during a blink. Tribol. Int, 63, pp. 45-50. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2013.01.008
Bereznick, D. E., Ross, J. K. & McGil, S. M. (2002). The frictional properties at the thoracic skin-fascia interface: implications in spine manipulation. Clin. Biomech., 17, No. 4, pp. 297-303. https://doi.org/10.1016/s0021- 9290(02)00014-3
Guz, A. N. (1999). Fundamentals of the three-dimensional theory of stability of deformable bodies. Berlin, Heidelberg, New York: Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-540-69633-9
Guz, A. N. (2014). Establishing the foundations of the mechanics of fracture of materials compressed along cracks (review). Int. Appl. Mech., 50, No. 1, pp. 1-57. https://doi.org/10.1007/s10778-014-0609-y
Guz, A. N., Bogdanov, V. L. & Nazarenko, V. M. (2020). Two-dimensional problems on the fracture of bodies under compression along cracks. In: Guz, A. N., Bogdanov, V. L. & Nazarenko, V. M. (eds.). Fracture of materials under compression along cracks (pp. 149-248). Cham: Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-030-51814-1_3
Bogdanov, V.L., Nazarenko, V.M. & Kipnis, O.L. (2024). Compression of semibounded body with thin coating layer along interface near-surface crack. Part I. Int. Appl. Mech., 60, No. 5, pp. 511-524. https://doi.org/10.1007/ s10778-025-01303-2
Bogdanov, V. L., Nazarenko, V. M. & Kipnis, O. L. (2024). Compression of semibounded body with thin coating layer along interface near-surface crack. Part II. Int. Appl. Mech., 60, No. 6, pp. 641-652. https://doi.org/10.1007/ s10778-025-01316-x
Kipnis, A. L. (2025). Stability of a piecewise-homogeneous half-plane with sliding components under compression along an interface crack. Mech. Compos. Mater., 61, No. 2, pp. 409-424. https://doi.org/10.1007/s11029-025-10283-w
Mikhlin, S. G. (1964). Variational methods in mathematical physics. Oxford: Pergamon Press.
Bartenev, G. M. & Khazanovich, T. N. (1960). On the law of highly elastic deformations of network polymers. Vysokomolekulyarnyye Soyedineniya, 2, No. 1, pp. 21-28 (in Russian).
John, F. (1960). Plane strain problems for a perfectly elastic material of harmonic type. Commun. Pure Appl. Math., 13, No. 2, pp. 239-296. https://doi.org/10.1002/cpa.3160130206
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
