Моделювання процесу пружно-пластичного деформування при скретч-тестуванні

Валєєва, І., Горошко, І. (2024). Simulation of elasto-plastic deformation at scratch test. Bulletin of Taras Shevchenko National University of Kyiv. Physics and Mathematics, 78(1), 57–61. https://doi.org/10.17721/1812-5409.2024/1.10

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.