Методика розрахунку термопружного стану тіл із тонкими багатошаровими трансверсально-ізотропними покриттями

V. A. Shevchuk

Анотація


Розроблено методику розрахунку термопружного стану елементів конструкцій з тонкими трансверсально-ізотропними багатошаровими покриттями, яка ґрунтується на моделюванні таких покрить оболонками з відповідними термомеханічними властивостями покриття. При такому підході вплив покрить на механічний стан всієї системи тіло – покриття описується спеціальними узагальненими граничними умовами. Для випадку трансверсально-ізотропних покрить ураховано поперечні деформації як додаткові ступені свободи. Ефективність підходу проілюстровано порівнянням результатів, отриманих за допомогою цього підходу, з точним розв’язком тестової задачі про термопружний стан суцільного циліндра з керамічним покриттям.

 

Зразок для цитування: В. А. Шевчук, “Методика розрахунку термопружного стану тіл із тонкими багатошаровими трансверсально-ізотропними покриттями,” Мат. методи та фіз.-мех. поля, 66, №3-4, 45–62 (2023), https://doi.org/10.15407/mmpmf2023.66.3-4.45-62

Ключові слова


термопружність, тонкі покриття, багатошарові трансверсально-ізотропні покриття, керамічні покриття, узагальнені граничні умови

Посилання


S. A. Ambartsumyan, General Theory of Anisotropic Shells [in Russian], Nauka, Moscow (1974).

Ya. Yo. Burak, B. P. Halapats, B. M. Hnidets, Physical-Mechanical Processes in electroconductive Solids [in Ukrainian], Nauk. Dumka, Kyiv (1978).

A. T. Vasilenko, “Main relationships of some versions of refined models of shells,” in Ya. M. Grigorenko, A. T. Vasilenko, I. G. Emel’yanov, N. N. Kryukov, N. D. Pankratova, B. L. Pelekh, G. G Vlaikov, A. V. Maksimuk, G. P. Urusova, Statics of Structural Elements, Vol. 8 of A. N. Guz (editor), Mechanics of Composites [in Russian], A.S.K., Kiev (1999), pp. 78–91.

Ya. M. Grigorenko, A. T. Vasilenko, Theory of Shells of Variable Rigidity, Vol. 4 of A. N. Guz (editor), Methods for Calculation of Shells [in Russian], Nauk. Dumka, Kiev (1981).

Ya. M. Grigorenko, A. T. Vasilenko, G. P. Golub, Statics of Anisotropic Shells with Finite Shear Rigidity [in Russian], Nauk. Dumka, Kyiv (1987).

D. D. Zakharov, “Effective high-order approximations of layered coatings and linings of anisotropic elastic, viscoelastic and nematic materials,” Prikl. Mat. Mekh., 74, No. 3, 403–418 (2010); English translation: J. Appl. Math. Mech., 74, No. 3, 286–296 (2010), https://doi.org/10.1016/j.jappmathmech.2010.07.004

Ya. S. Podstrigach, R. N. Shvets, Thermoelasticity of Thin Shells [in Russian], Nauk. Dumka, Kyiv (1978).

M. A. Sukhorol’s’kyi, “Thin coating under local loading,” Fiz.-Khim. Mekh. Mater., 36, No. 6, 33–38 (2000) (in Ukrainian); English translation: Mater. Sci., 36, No. 6, 831–839 (2000), https://doi.org/10.1023/A:1011378503408

R. M. Shvets, V. M. Flyachok, “Basic equations of thermoelastic orthotropic shells taking into account transverse shear and normal deformations,” Dop. Akad. Nauk UkrSSR, Ser. A, No. 6, 539–543 (1976) (in Ukrainian).

V. A. Shevchuk, “On the construction of generalized boundary conditions of convective heat exchange of bodies with a medium through thin nonplanar coatings,” Dop. Nats. Akad. Nauk Ukr., No. 7, 76–82 (2011) (in Ukrainian).

V. A. Shevchuk, “Generalized boundary conditions for heat transfer between a body and the surrounding medium through a multilayer thin coating,” Mat. Met. Fiz.-Mekh. Polya, Iss. 38, 116–120 (1995) (in Russian); English translation: J. Math. Sci., 81, No. 6, 3099–3102 (1996), https://doi.org/10.1007/BF02362603

V. A. Shevchuk, “Analysis of the stressed state of bodies with multilayer thin coatings,” Probl. Prochn., No. 1, 136–150 (2000) (in Russian); English translation: Strength Mater., 32, No. 1, 92–102 (2000), https://doi.org/10.1007/BF02511512

V. A. Shevchuk, “Calculation of temperature stresses in bodies with thin multilayer coatings,” Visn. Dnipropetrovs’k. Univ. Ser. Mekhanika, 19, Iss. 15(1), 129–139 (2011) (in Russian).

V. A. Shevchuk, “Generalized boundary conditions of radiant-convection heat exchange of bodies with ambient medium through multilayer nonplanar coatings,” Mat. Met. Fiz.-Mekh. Polya, 62, No. 2, 82–97 (2019) (in Ukrainian); English translation: J. Math. Sci., 261, No. 1, 95–114 (2022), https://doi.org/10.1007/s10958-022-05741-y

I. Argatov, G. Mishuris, “An asymptotic model for a thin bonded elastic layer coated with an elastic membrane,” Appl. Math. Modelling, 40, No. 4, 2541–2548 (2016), https://doi.org/10.1016/j.apm.2015.09.109

Q. Li, P. Hou, S. Shang, “Accurate 3D thermal stress analysis of thermal barrier coatings,” Int. J. Mech. Sci., 217, Art. 107024 (2022), https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2021.107024

E. Nart, Y. Alinia, M. A. Güler, “The effect of material anisotropy on the mechanics of a thin-film/substrate system under mechanical and thermal loads,” Math. Mech. Solids, 27, No. 4, 644–661 (2022), https://doi.org/10.1177/10812865211031277

S.-M. Shang, P.-F. Hou, W.-H. Zhang, “Three-dimensional overall stress analysis for double-coated structure with equal coating thickness,” Mech. Mater., 158, Art. 103861 (2021), https://doi.org/10.1016/j.mechmat.2021.103861

V. A. Shevchuk, “Generalized boundary conditions to solving thermal stress problems for bodies with thin coatings,” in R. B. Hetnarski (editor), Encyclopedia of Thermal Stresses, Vol. 4, Springer, Dordrecht (2014), pp. 1942–1953, https://doi.org/10.1007/978-94-007-2739-7_601

V. A. Shevchuk, “Modeling and computation of heat transfer in a system “body–multilayer coating,” Heat Transf. Res., 37, No. 5, 421–433 (2006), https://doi.org/10.1615/HeatTransRes.v37.i5.50

V. A. Shevchuk, V. V. Silberschmidt, “Analysis of damage evolution in thick ceramic coatings,” Mater. Sci. Eng. A, 426, Nos. 1-2, 121–127 (2006), https://doi.org/10.1016/j.msea.2006.03.080

V. A. Shevchuk, V. V. Silberschmidt, “Semi-analytical analysis of thermally induced damage in thin ceramic coatings,” Int. J. Solids Struct., 42, Nos. 16-17, 4738–4757 (2005), https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2005.02.002

Z. Shi, S. Ramalingam, “Thermal and mechanical stresses in transversely isotropic coatings,” Surf. Coat. Techn., 138, No. 2-3, 173–184 (2001), https://doi.org/10.1016/S0257-8972(00)01167-1

R. M. Shvets, V. M. Flyachok, “Thermoelasticity of multilayer highly anisotropic shells,” J. Therm. Stresses, 19, No. 1, 1–15 (1996), https://doi.org/10.1080/01495739608946157

T. C. T. Ting, “Mechanics of a thin anisotropic elastic layer and a layer that is bonded to an anisotropic elastic body or bodies,” Proc. Roy. Soc. A, 463, Iss. 2085, 2223–2239 (2007), https://doi.org/10.1098/rspa.2007.1875

J. A. Zujkas, “Effects of transverse normal and shear strains in orthotropic shells,” AIAA J, 12, No. 12, 1753–1755 (1974), https://doi.org/10.2514/3.49598


Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.


Creative Commons License
Ця робота ліцензована Creative Commons Attribution 3.0 License.