Архив номеров

Представлены теоретическая и экспериментальная методики решения некоторых обратных задач механики упругих тел: диагностики отслоений тонких покрытий, нанесенных на упругое тело-подложку, идентификации механических характеристик материала покрытий и усадочных напряжений в них, определения величины и места приложения локальной нагрузки на подложку. Исследуемые характеристики определяются по малым перемещениям поверхности объекта, наблюдаемым в виде системы интерференционных полос с помощью электронного спекл-интерферометра. Теоретические решения обратных задач теории упругости, когда, например, по полю перемещений определяются приложенные нагрузки, основаны на математически заданных функциях перемещений в упругих телах. Специфика решения обратных задач в теории упругости состоит в том, что одно и то же напряженно-деформированное состояние может быть вызвано различными видами воздействий на тело. В такого типа задачах, относящихся к классу некорректно поставленных, принципиальными моментами являются точность измерения регистрируемого поля перемещений и получение дополнительной информации, проливающей свет на характер приложенных воздействий. Включение экспериментального звена - лазерно-компьютерной интерферометрии в методику решения обратных задач позволяет обеспечить высокую точность проводимых измерений малых упругих перемещений тела. Данная работа реализует такой подход на серии обратных задач, связанных с контролем отслоений тонких покрытий и продолжает исследования отслоений тонких покрытий, начатые в [1], обобщая их на случаи многослойного покрытия и двумерной пластинчатой модели подложки. Для диагностики отслоений использованы отличия в характере деформирования отслоенных и неотслоенных участков, проявляющиеся при изгибе подложки. Построена математическая модель таких отличий при изгибе многослойного покрытия на круглой пластине-подложке. Отслоение покрытия моделируется полусферой малого радиуса, а изгибающая нагрузка - внецентренно приложенной нормальной сосредоточенной силой. Параллельно решались задачи определения остаточных усадочных напряжений, возникающих в процессе нанесения покрытия на подложку, и механических характеристик материала покрытия, где частично использовались идеи, заложенные в классической работе Стони [2] и получившие продолжение в [3]. В экспериментальной части для определения малых перемещений подложки и покрытия применен метод электронной спекл-интерферометрии. При наложении спекл-изображений исходного и изогнутого состояний пластины с покрытиями разность перемещений неотслоенных и отслоенных частей покрытий проявляется в виде локальных нарушений регулярной системы полос результирующей интерферограммы, которая соответствует линиям одинакового прогиба пластины-подложки. Исследована возможность экспериментально-теоретического решения обратной задачи изгиба пластины: определение величины силы и точки ее приложения к пластине по наблюдаемому числу интерференционных полос и их конфигурации. При этом в качестве чувствительного элемента может служить сама нагружаемая пластина. Тем самым выясняется возможность использования данного подхода и в качестве метода бесконтактного определения сил и давлений в различных устройствах и конструкциях, добиваясь при этом подбором геометрических параметров пластины (диаметра и толщины) требуемых пределов по чувствительности к измеряемым величинам.