Моделювання процесу пружно-пластичного деформування при скретч-тестуванні
DOI:
https://doi.org/10.17721/1812-5409.2024/1.10Ключові слова:
скретч-тестування, скінченно-елементне моделювання, плівка на підкладці, ANSYS, NLADАнотація
Випробування дряпанням (інструментальне скретч-тестування) є важливим методом дослідження в матеріалознавстві. Воно застосовується для оцінки механічних властивостей матеріалів і структур, дослідження адгезії покриттів тощо. Робота присвячена актуальній проблемі реалізації скінченно-елементного моделювання процесу інструментального скретч-тестування засобами пакету ANSYS із застосуванням техніки автоматизованої нелінійної перебудови сітки. При скінченно-елементному моделюванні процесу скретч-тестування мають місце великі пластичні деформації, які призводять до істотного спотворення (дисторсії) частини скінченних елементів, що викликає аварійне переривання розрахунків. Щоб запобігти цьому, при досягненні критичних значень спотворення елементів запускається процедура перебудови сітки із заміною спотворених елементів на нові, з покращеними характеристиками. Після цього здійснюється відображення розв’язку на нову сітку для продовженя процедури розв’язання задачі. Для моделювання скретч-тестування структури будується тривимірна скінченно-елементна модель. Моделювання скретч-тесту накладає підвищені вимоги до оперативної памяті та потребує багато дискового простору для зберігання результатів і допоміжних файлів. Тому для скорочення часу розрахунків та зменшення необхідного місця на диску розмірність тривимірної скінченно-елементної моделі зменшується при врахуванні симетрії задачі і використанні елементів більшого розміру при віддаленні від контактної зони. Результатом чисельного моделювання процесу скретч-тестування є поле переміщень, напружень та деформацій як на поверхні, так і всередині досліджуваних зразків. Співставлення результатів скінченно-елементного моделювання процесу скретч-тестування з експериментальніми даними може бути використано в подальших дослідженнях для визначення механічних властивостей матеріалів зразка.
Посилання
Ahmeda, A., Bahadura, S., Cookb, B.A., & Peters, J. (2006) Mechanical properties and scratch test studies of new ultra-hard AlMgB14 modified by TiB2 Tribology International, 39, 129-137. https://www.elsevier.com/locate/triboint
ANSYS Academic 2021 R1 [ANSYS, Inc. Products Release 2021 R1. Academic research Mechanical and CFD]
Bull, S.J., & Berasetegui E.G. (2006) An overview of the potential of quantitative coating adhesion measurement by scratch. Tribology International, 39(2), 99-114.
Cayer-Barrioza, J., Mazuyera, D., Toncka, A. Kapsaa, Ph., & Chateauminois, A. (2006) Nanoscratch and friction: An innovative approach to understand the tribological behaviour of poly(amide) fibres Tribology International, 39, 62-69. https://www.elsevier.com/locate/triboint
Feng, B., & Liu, Z. (2019) Finite element modeling and simulations on indentation and scratch tests on thin films: effects of prestress, MRS Communications, 9, 756-763. doi:10.1557/mrc.2019.58
Li, J., & Beres, W. (2006) Three-dimensional finite element modelling of the scratch test for a TiN coated titanium alloy substrate. Wear, 260, 1232‑1242. https://doi.org/10.1016/j.wear.2005.08.008
Ogorodnikov, A.I. (2016) Finite-Element Simulation of Scratching on a Coated Brittle Plate AIP Conf. Proc. 1785, 030020 https://doi.org/10.1063/1.4967041
Panich, N., & Sun, Y. (2006) Mechanical characterization of nanostructured TiB2 coatings using microscratch techniques. Tribology International, 39, 138-145. https://www.elsevier.com/locate/triboint
Sinha, S.K., Reddy, S.U., & Gupta, M. (2006) Scratch hardness and mechanical property correlation for Mg/SiC and Mg/SiC/Ti metal–matrix composites Tribology International, 39, 184-189. https://www.elsevier.com/locate/triboint
Tanaka, K., Gunji, K., & Katayama, T. (2007) Nanoscratch evaluation of adhesive strength of Cu/PI films WIT Transactions on Engineering Sciences, 55. www.witpress.com, ISSN 1743-3533 (on-line) doi:10.2495/SECM070291
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Irina Valeeva, Ivan Goroshko
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, роботи яких публікуються у цьому журналі, погоджуються з такими умовами:
- Автори зберігають авторські права та надають журналу право на першу публікацію роботи, яка одночасно ліцензується згідно із Creative Commons Attribution License, тобто надається дозвіл іншим ділитися роботою з визнанням авторства роботи та першої публікації в цьому журналі.
- Автори можуть укладати окремі додаткові угоди щодо невиключного розповсюдження опублікованої журналом версії роботи (наприклад, розмістити її у репозитарії наукової установи чи опублікувати у книзі) з підтвердженням її початкової публікації у цьому журналі.
- Дозволяється та заохочується розміщення своїх робіт в мережі Інтернет авторами (наприклад, у репозитаріях наукових установ або на особистих веб-сторінках) до та під час процесу подання, оскільки це може призвести до продуктивного обміну, а також до більш ранніх цитувань опублікованої роботи та їх більшої кількості (див. The Effect of Open Access).
