Akadēmiskais centrshttps://doi.org/10.22364/mkm.58.6.03
М. И. Чебаков, С. А. Данильченко
Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, 344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Большая Садовая, 105/42
Теоретико-экспериментальный подход к определению механических характеристик тонких полимерных композитных покрытий
Полный текст: PDF (RUS)
Предложен способ определения механических характеристик тонких полимерных композитных покрытий путем сопоставления результатов численного моделирования и эксперимента по индентированию. Рассмотрена упругопластическая осесимметричная задача для двухслойного основания, моделирующая процесс индентирования тонких покрытий. Для ее решения был применен метод конечных элементов и программный комплекс ANSYS. В качестве индентора использован конус со специальными параметрами угла конусности и радиуса закругления при вершине. Такой индентор имеет ту же функцию проекции площади и глубины, что и стандартный индентор Берковича, который применяли при проведении экспериментов. Полученная модель позволяет строить кривые нагрузка—разгрузка, аналогичные получаемым при инструментальном индентировании. Основная цель работы — получить значение предела текучести тонких полимерных композитных покрытий путем сравнения и приближения экспериментальных и расчетных кривых, имея набор входных параметров. В дальнейшем найденную таким образом величину можно принять за приближенное значение предела текучести материала. Показано, что применение алгоритма оптимизации для корректировки значения предела текучести покрытия обусловливает хорошее согласование результатов моделирования и эксперимента.
Ключевые слова: индентирование, покрытия полимерные композитные, моделирование конечно-элементное, предел текучести
Поступила в редакцию 05.04.2022
Окончательный вариант поступил 04.07.2022
M. I. Chebakov and S. A. Danil’chenko
Theoretical-experimental approach to determining the mechanical characteristics of thin polymer composite coatings
A method is proposed for determining the mechanical characteristics of thin polymer composite coatings by comparing the results of a numerical modeling and an indentation experiment. An elastoplastic axisymmetric problem for a two-layer base modeling the indentation process of thin coatings is considered. To solve it, the finite-element method and the ANSYS software package were used. A cone with special parameters of the taper angle and rounding radius at the vertex was used as an indenter. Such an indenter has the same function of area and depth projection as the standard Berkovich indenter, which was used during the experiments. The resulting model allows one to build “loading-unloading” curves similar to those obtained in an instrumental indentation. The main idea of this work was to obtain the yield strength of thin polymer composite coatings by comparing and approximating experimental and calculated curves for a set of known input parameters. In the future, the value obtained in this way can be taken as an approximate yield strength of the material. It is shown that, by applying an optimization algorithm to adjust the yield strength of the coating, it is possible to achieve a good agreement between the results of modeling and experiment.
Keywords: indentation, polymer composite coatings, finite-element modeling, yield strength
Received Apr. 5, 2022 (July 4, 2022)
Перевод статьи на английском языке: Springer