Modeling deformation of nanostructured coatings on a titanium substrate under nanoindentation | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2013. № 4(24).

Modeling deformation of nanostructured coatings on a titanium substrate under nanoindentation

Results of modeling nanoindentation of hardened coating on a titanium substrate by movable cellular automaton method in the 3D formulation are presented. The peculiarities of the method for describing elastic--plastic behavior of the materials are described. Comparing of the modeling results with the experimental data confirms the proposed model validation.

Download file

Counter downloads: 397

Keywords

наноиндентирование, моделирование, метод подвижных клеточных автоматов, наноструктурный титан, упрочняющие биосовместимые покрытия, nanoindentation, modeling, movable cellular automaton method, nanostructured titanium, hardening biocompatible coatings

Authors

Name	Organization	E-mail
Smolin Alexey Yurievich	Institute of Strength Physics and Materials Science of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences; Tomsk State University	asmolin@ispms.tsc.ru
Anikeeva Galina Maximovna	Tomsk State University	anikeeva@ispms.tsc.ru
Shilko Evgenii Viktorovich	Institute of Strength Physics and Materials Science of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences; Tomsk State University	shilko@ispms.tsc.ru
Psakhie Sergey Grigorievich	Institute of Strength Physics and Materials Science of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences; Tomsk State University; Tomsk Polytechnic University	sp@ispms.tsc.ru

Всего: 4

References

Shtansky D.V., Kiryukhantsev-Korneev Ph.V., Bashkova I.A., et al. Multicomponent nanostructured films for various tribological applications // Int. J. Refractory Metals & Hard Materials. 2010. 28. P. 32-39.

Shtansky D.V., Gloushankova N.A., Bashkova I.A., et al. Multifunctional biocompatible nanostructured coatings for load-bearing implants // Surface and Coatings Technology. 2006. 201. P. 4111-4118.

Shtansky D.V., Levashov E.A., Glushankova N.A., et al. Structure and properties of CaO- and ZrO2-doped TiCxNy coatings for biomedical applications // Surface and Coatings Technology. 2004. 182. P. 101-111.

Левашов Е.А., Петржик М.И., Тюрина М.Я. и др. Многослойные наноструктурные тепловыделяющие покрытия. Получение и аттестация механических и трибологических свойств // Металлург. 2010. № 9. С. 66-74.

Головин И.Ю. Наноиндентирование и его возможности. М.: Машиностроение. 2009. 316 с.

Oliver W.C., Pharr GM. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments // J. Materials Research. 1992. No. 7. P. 1564-1583.

Шугуров А.Р., Панин А.В., Оскомов К.В. Особенности определения механических характеристик тонких пленок методом наноиндентирования // ФТТ. 2008. Т. 5. Вып. 6. С. 1007-1012

Venkatesh T.A., Van Vliet K.J., Giannakopoulos A.E., Suresh S. Determination of elasto-plastic properties by instrumented sharp indentation: guidelines for property extraction // Scripta Materialia. 2000. V. 42. No. 9. P. 833-839.

Dao M., Chollacoop N., Van Vliet K.J, et al. Computational modeling of the forward and reverse problems in instrumented sharp indentation // Acta Materialia. 2001. 49. P. 3899-3918.

Bucaille J.L., Stauss S., Felder E., Michler J. Determination of plastic properties of metals by instrumented indentation using different sharp indenters // Acta Materialia. 2003. V. 51. P. 1663-1678.

Ogasawara N., Chiba N., Chen X. Measuring the plastic properties of bulk materials by single indentation test // Scripta Materialia. 2006. V. 54. P. 65-70.

Sreeranganathan A., Gokhale A., Tamirisakandala S. Determination of local constitutive properties of titanium alloy matrix in boron-modified titanium alloys using spherical indentation // Scripta Materialia. 2008. V. 58. No. 2. P. 114-117.

Zimmerman J.A., Kelchner C.L., Klein P.A. et al. Surface step effects on nanoindentation // Physical Review Letters. 2001. V. 87. P. 165507-165511.

Saraev D., Miller R.E. Atomic-scale simulations of nanoindentation-induced plasticity in copper crystals with nanometer-sized nickel coatings // Acta Materialia. 2006. V. 54. P. 33-45.

Mei J., Li J., Ni Y., Wang H. Multiscale simulation of indentation, retraction and fracture processes of nanocontact // Nanoscale Research Letters. 2010. V. 5. P. 692-700.

Псахье С.Г., Остермайер Г.П., Дмитриев А.И. и др. Метод подвижных клеточных автоматов как новое направление дискретной вычислительной механики. I. Теоретическое описание // Физическая мезомеханика. 2000. Т. 3. № 2. С. 5-13.

Попов В.Л., Псахье С.Г. Теоретические основы моделирования упругопластических сред методом подвижных клеточных автоматов. I. Однородные среды // Физическая мезомеханика. 2001. Т. 4. № 1.С. 15-25.

Psakhie S.G., Horie Y., Ostermeyer G.-P., et al. Movable cellular automata method for simulating materials with mesostructure // Theoretical and Applied Fracture Mechanics. 2001. No. 37. P. 311-334.

Смолин А.Ю., Роман Н.В., Добрынин С.А., Псахье С.Г. О вращательном движении в методе подвижных клеточных автоматов // Физическая мезомеханика. 2009. Т. 12. № 2. С. 17-22.

Psakhie S.G., Horie Y., Shilko E.V., et al. Development of discrete element approach to modeling heterogeneous elastic-plastic materials and media // Int. J. Terraspace Science and Engineering. 2011. V. 3. No. 1. P. 93-125.

Левашов Е.А., Петржик М.И., Кирюханцев-Корнеев Ф.В. и др. Структура и механическое поведение при индентировании биосовместимых наноструктурированных титановых сплавов и покрытий // Металлург. 2012. № 5. С.79-89.

Levashov E.A., Petrzhik M.I., Shtansky D.V., et al. Nanostructured titanium alloys and multicomponent bioactive films: Mechanical behavior at indentation // Materials Science and Engineering: A. 2013. V. 570. P. 51-62.

Cundall P.A. and Strack O.D.L. A discrete numerical model for granular assemblies // Geotechnique. 1979. V. 29. No. 1. P. 47-65.

Jing L. and Stephansson O. Fundamentals of Discrete Element Method for Rock Engineering: Theory and Applications. Oxford: Elsevier, 2007. 562 p.

Sibille L., NicotF., Donze F.V., andDarve F. Material instability in granular assemblies from fundamentally different models // Int. J. Numerical and Analytical Methods in Geomechanics 2007. V. 31. No. 3. P. 457-481.

Martin C.L. and Bouvard D. Study of the cold compaction of composite powders by the discrete element method // Acta Materialia. 2003. V. 51. No. 2. P. 373-386.

Potyondy D.O. and Cundall P.A. A bonded-particle model for rock // Int. J. Rock Mechanics and Mining Sciences. 2004. V. 41. No. 8. P. 1329-1364.

Daw M.S., Foiles S.M., andBaskes M.I. The embedded-atom method: A review of theory and applications // Materials Science Reports. 1993. V. 9. No. 7-8. P. 251-310.

Псахье С.Г., Смолин А.Ю., Стефанов Ю.П. и др. Моделирование поведения сложных сред на основе комбинированного дискретно-континуального подхода // Физическая мезомеханика. 2003. Т. 6. № 6. С. 11-21.

Wilkins M.L. Computer Simulation of Dynamic Phenomena. Berlin: Springer-Verlag, 1999. 246 p.

Уилкинс М.Л. Расчет упругопластических течений / Вычислительные методы в гидродинамике. М.: Мир, 1967. С. 212-263,

Psakhie S.G., Smolin A.Yu., Shilko E.V., et al. Modeling nanoindentation of TiCCaPON coating on Ti substrate using movable cellular automaton method // Computational Materials Science. 2013. (в печати, http://dx.doi.org/10.1016/j.commatsci.2013.03.006)

Muliana A., Steward R., Haj-ali R.M., and Saxena A. Artificial neural network and finite element modeling of nanoindentation tests // Metallurgical and Materials Transactions A. 2002. 33A. P. 1939-1948.

Feng Z.-Q., Zei M., and Joli P. An elasto-plastic contact model applied to nanoindentation // Computational Materials Science. 2007. V. 38. P. 807-813.