Deformation of a thin film after contact loss with a cylindrical base axial delamination

The paper deals with the problem of a coating section delaminated from a cylindrical base due to compressive stresses. It has been studied using the theory of cylindrical shells with boundary conditions of the type of generalized elastic clumping. We obtained distributions of the components of the coating displacements and the energy release rate for the delamination growth along the rectilinear and curvilinear boundaries. We compared the values of the energy release rate and components of the displacement calculated with and without the influence of transverse forces. The dependences of the energy release rate, mode I of the stress intensity factor, the angle of rotation at the clamping point, and the coating displacement components on the relative compliance of the substrate and its curva- ture have been studied. It is shown that with an increase in the compliance of the substrate, the magnitude of the delamination buckling and the energy release rate increase significantly. The positive curvature also leads to an increase in the energy release rate. Several reasons have been identified, according to which the delamination stops developing along its rectilinear bound- ary and the tunneling effect occurs. It is shown that for sufficiently compliant substrates there is a certain critical width of a delamination, at which the development in the axial direction becomes energetically more favorable. Besides, it follows from the presented data, that positive curvature and an increase in the compliance of the substrate lead to a decrease in this critical width. Ac- cording to the analysis of the results for the angle of rotation at the clamping point and the sepa- ration mode of the stress intensity factor, the observed effect of tunneling can be caused not only by the difference in the energy release rates during the propagation of delamination due to ex- pansion and elongation (tunneling), but also by the prohibition of overlapping of the coating and substrate faces.

ДЕФОРМИРОВАНИЕ ТОНКОЙ ПЛЕНКИ ПОСЛЕ УТЕРИ КОНТАКТА С ЦИЛИНДРИЧЕСКИМ ОСНОВАНИЕМ; ОТСЛОЕНИЕ, РАСПОЛОЖЕННОЕ В ОСЕВОМ НАПРАВЛЕНИИ

Рассмотрена задача об отделении от цилиндрического основания участка тонкой пленки, возникающего за счет наличия сжимающих напряжений. Решение задачи получе- но использованием теории цилиндрических оболочек с граничными условиями типа обоб- щенной упругой заделки. Получены распределения смещений отслоившегося участка и скорости высвобождения энергии при росте отслоения вдоль прямолинейной и криволи- нейной границ. Проведено сравнение значений скорости высвобождения энергии и компонент сме- щения с учетом влияния поперечных сил и без такового. Исследованы зависимости скоро- сти высвобождения энергии, моды I коэффициента интенсивности напряжений, угла пово- рота в точке заделки, а также компонент смещения покрытия от относительной податливо- сти подложки и ее кривизны. Показано, что при увеличении податливости подложки величина выпучивания отслоения, как и скорость высвобождения энергии, существенно возрастают. Наличие выплуклости также приводит к возрастанию скорости высвобождения энергии. Выявлено несколько причин, по котором отслоение прекращает развиваться вдоль ее прямолинейной границы (за счет расширения) и возникает эффект «туннелиро- вания». Показано, что для достаточно податливых подложек существует некоторая крити- ческая ширина отслоения, при которой отслоению становится энергетически выгоднее развиваться в осевом направлении. Наличие положительной кривизны и увеличение по- датливости подложки приводит к уменьшению этой критической ширины. На основе ана- лиза результатов для угла поворота в точке заделки, а также отрывной моды коэффици- ента интенсивности напряжений следует, что причиной наблюдаемого эффекта «туннели- рования» может быть не только различие скоростей высвобождения энергии при распространении отслоения за счет расширения и удлинения (туннелирования), но и за- прет на перекрытие граней покрытия и подложки.