Published January 19, 2023
| Version v1
Publication
Open
Elastic solution of surface loaded layer with couple and surface stress effects
Creators
- 1. Thammasat University
- 2. Chulalongkorn University
- 3. Prince of Songkla University
- 4. Ho Chi Minh City University of Technology and Education
Description
In this study, an elastic solution of an axisymmetrically surface-loaded thin layer resting on a rigid substrate is established by taking the surface stress and material microstructural effects into account. Derived solutions provide not only a means to investigate the size effects on the mechanical response but also a set of fundamental solutions essential for tackling contact problems in a micro/nano scale. In the formulation, the couple stress and surface elasticity theories are adopted to simulate the microstructured bulk layer and the surface material, respectively. A general solution of an elastic field within the bulk layer is obtained first by Hankel transform method and subsequently used together with the surface equations and boundary conditions to form a set of conditions essential for determining all unknown constants. After being fully tested with available benchmark solutions, results are used to study the role of surface and couple stresses on the load transferring mechanism to the substrate and its size-dependent characteristic for a wide range of external length scales relative to the internal length scales.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
في هذه الدراسة، يتم إنشاء محلول مرن لطبقة رقيقة محورية محملة بالسطح ترتكز على ركيزة صلبة من خلال أخذ الإجهاد السطحي والتأثيرات الهيكلية الدقيقة المادية في الاعتبار. لا توفر الحلول المشتقة وسيلة للتحقيق في تأثيرات الحجم على الاستجابة الميكانيكية فحسب، بل توفر أيضًا مجموعة من الحلول الأساسية الضرورية لمعالجة مشاكل التلامس على نطاق صغير/نانو. في الصيغة، يتم اعتماد نظريات الإجهاد المزدوج ومرونة السطح لمحاكاة الطبقة السائبة المجهرية والمادة السطحية، على التوالي. يتم الحصول على حل عام لحقل مرن داخل الطبقة الكتلية أولاً بواسطة طريقة تحويل هانكل ويتم استخدامه لاحقًا مع المعادلات السطحية والظروف الحدودية لتشكيل مجموعة من الشروط الأساسية لتحديد جميع الثوابت غير المعروفة. بعد اختبارها بالكامل باستخدام الحلول المعيارية المتاحة، يتم استخدام النتائج لدراسة دور إجهادات السطح والإقران على آلية نقل الحمل إلى الركيزة وخصائصها المعتمدة على الحجم لمجموعة واسعة من مقاييس الطول الخارجية بالنسبة لمقاييس الطول الداخلية.Translated Description (French)
Dans cette étude, une solution élastique d'une couche mince chargée en surface de manière axisymétrique reposant sur un substrat rigide est établie en tenant compte de la contrainte de surface et des effets microstructuraux du matériau. Les solutions dérivées fournissent non seulement un moyen d'étudier les effets de taille sur la réponse mécanique, mais également un ensemble de solutions fondamentales essentielles pour résoudre les problèmes de contact à l'échelle micro/nano. Dans la formulation, les théories de contrainte de couple et d'élasticité de surface sont adoptées pour simuler la couche en vrac microstructurée et le matériau de surface, respectivement. Une solution générale d'un champ élastique dans la couche en vrac est obtenue d'abord par la méthode de transformation de Hankel et ensuite utilisée avec les équations de surface et les conditions aux limites pour former un ensemble de conditions essentielles pour déterminer toutes les constantes inconnues. Après avoir été entièrement testés avec les solutions de référence disponibles, les résultats sont utilisés pour étudier le rôle des contraintes de surface et de couple sur le mécanisme de transfert de charge vers le substrat et sa caractéristique dépendante de la taille pour une large gamme d'échelles de longueur externes par rapport aux échelles de longueur internes.Translated Description (Spanish)
En este estudio, se establece una solución elástica de una capa delgada cargada en la superficie axisimétricamente que descansa sobre un sustrato rígido teniendo en cuenta la tensión superficial y los efectos microestructurales del material. Las soluciones derivadas proporcionan no solo un medio para investigar los efectos del tamaño en la respuesta mecánica, sino también un conjunto de soluciones fundamentales esenciales para abordar los problemas de contacto a escala micro/nano. En la formulación, se adoptan las teorías de tensión de acoplamiento y elasticidad superficial para simular la capa de volumen microestructurada y el material superficial, respectivamente. Primero se obtiene una solución general de un campo elástico dentro de la capa a granel mediante el método de transformación de Hankel y posteriormente se utiliza junto con las ecuaciones de superficie y las condiciones de contorno para formar un conjunto de condiciones esenciales para determinar todas las constantes desconocidas. Después de probarse completamente con las soluciones de referencia disponibles, los resultados se utilizan para estudiar el papel de las tensiones superficiales y de acoplamiento en el mecanismo de transferencia de carga al sustrato y su característica dependiente del tamaño para una amplia gama de escalas de longitud externas en relación con las escalas de longitud internas.Files
s41598-023-27705-1.pdf.pdf
Files
(2.8 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:de0b4f13da58480300dd9e8514b60773
|
2.8 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- محلول مرن للطبقة المحملة بالسطح مع تأثيرات الإجهاد الزوجي والسطحي
- Translated title (French)
- Solution élastique de couche chargée en surface avec des effets de couple et de contrainte de surface
- Translated title (Spanish)
- Solución elástica de capa cargada superficialmente con efectos de acoplamiento y tensión superficial
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4317433365
- DOI
- 10.1038/s41598-023-27705-1
References
- https://openalex.org/W1952054414
- https://openalex.org/W1965135771
- https://openalex.org/W1969718184
- https://openalex.org/W1971717868
- https://openalex.org/W1978624559
- https://openalex.org/W1996034941
- https://openalex.org/W1998718093
- https://openalex.org/W2010599889
- https://openalex.org/W2011661560
- https://openalex.org/W2016207032
- https://openalex.org/W2022335472
- https://openalex.org/W2023084711
- https://openalex.org/W2024250068
- https://openalex.org/W2033708332
- https://openalex.org/W2042682843
- https://openalex.org/W2043020575
- https://openalex.org/W2045260724
- https://openalex.org/W2051688476
- https://openalex.org/W2060435198
- https://openalex.org/W2063882799
- https://openalex.org/W2066529304
- https://openalex.org/W2067511124
- https://openalex.org/W2074779688
- https://openalex.org/W2080797205
- https://openalex.org/W2084113519
- https://openalex.org/W2087387499
- https://openalex.org/W2091458120
- https://openalex.org/W2091727318
- https://openalex.org/W2094584368
- https://openalex.org/W2138533896
- https://openalex.org/W2165857540
- https://openalex.org/W2301841424
- https://openalex.org/W2419522279
- https://openalex.org/W2538679999
- https://openalex.org/W2565063931
- https://openalex.org/W2591186208
- https://openalex.org/W2734291640
- https://openalex.org/W2736094074
- https://openalex.org/W2742209662
- https://openalex.org/W2757739366
- https://openalex.org/W2780606275
- https://openalex.org/W2791101796
- https://openalex.org/W2809008416
- https://openalex.org/W2811052316
- https://openalex.org/W2884219136
- https://openalex.org/W2908810711
- https://openalex.org/W2913039259
- https://openalex.org/W2933071849
- https://openalex.org/W2940517350
- https://openalex.org/W2958476220
- https://openalex.org/W2964470121
- https://openalex.org/W2998814226
- https://openalex.org/W3004185354
- https://openalex.org/W3014202940
- https://openalex.org/W3019484166
- https://openalex.org/W3032472046
- https://openalex.org/W3035199282
- https://openalex.org/W3090664339
- https://openalex.org/W3157143472
- https://openalex.org/W4200562797
- https://openalex.org/W4200563804
- https://openalex.org/W4213163436