<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article
PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.4 20190208//EN"
       "JATS-journalpublishing1.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" article-type="research-article" dtd-version="1.4" xml:lang="en">
 <front>
  <journal-meta>
   <journal-id journal-id-type="publisher-id">Vestnik of Don State Technical University</journal-id>
   <journal-title-group>
    <journal-title xml:lang="en">Vestnik of Don State Technical University</journal-title>
    <trans-title-group xml:lang="ru">
     <trans-title>Вестник Донского государственного технического университета</trans-title>
    </trans-title-group>
   </journal-title-group>
   <issn publication-format="print">1992-5980</issn>
  </journal-meta>
  <article-meta>
   <article-id pub-id-type="publisher-id">13617</article-id>
   <article-id pub-id-type="doi">10.12737/22147</article-id>
   <article-categories>
    <subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="ru">
     <subject>Механика</subject>
    </subj-group>
    <subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="en">
     <subject>Mechanics</subject>
    </subj-group>
    <subj-group>
     <subject>Механика</subject>
    </subj-group>
   </article-categories>
   <title-group>
    <article-title xml:lang="en">Indentation of rough-surfaced spherical punch into elastic transversely isotropic half-space  with functionally-graded coating</article-title>
    <trans-title-group xml:lang="ru">
     <trans-title>Вдавливание сферического штампа с шероховатой поверхностью в упругое трансверсально-изотропное полупространство с функционально-градиентным покрытием</trans-title>
    </trans-title-group>
   </title-group>
   <contrib-group content-type="authors">
    <contrib contrib-type="author">
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Садырин</surname>
       <given-names>Евгений Валерьевич</given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Sadyrin</surname>
       <given-names>Evgeniy Валерьевич</given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <email>evgeniy.sadyrin@gmail.com</email>
    </contrib>
    <contrib contrib-type="author">
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Волков</surname>
       <given-names>Сергей Сергеевич</given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Volkov</surname>
       <given-names>Sergey Сергеевич</given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <email>fenix_rsu@mail.ru</email>
    </contrib>
    <contrib contrib-type="author">
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Васильев</surname>
       <given-names>Андрей Сергеевич</given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Vasilev</surname>
       <given-names>Andrey Сергеевич</given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <email>andre.vasiliev@gmail.com</email>
     <bio xml:lang="ru">
      <p>доктор технических наук;</p>
     </bio>
     <bio xml:lang="en">
      <p>doctor of technical sciences;</p>
     </bio>
     <xref ref-type="aff" rid="aff-1"/>
    </contrib>
    <contrib contrib-type="author">
     <contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0002-3269-6634</contrib-id>
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Литвиненко</surname>
       <given-names>Александр Николаевич</given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Litvinenko</surname>
       <given-names>Aleksandr Nikolaevich</given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <email>lanfk@mail.ru</email>
     <bio xml:lang="ru">
      <p>доктор экономических наук;</p>
     </bio>
     <bio xml:lang="en">
      <p>doctor of economic sciences;</p>
     </bio>
     <xref ref-type="aff" rid="aff-2"/>
    </contrib>
   </contrib-group>
   <aff-alternatives id="aff-1">
    <aff>
     <institution xml:lang="ru">Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана</institution>
    </aff>
    <aff>
     <institution xml:lang="en">Bauman Moscow State Technical University</institution>
    </aff>
   </aff-alternatives>
   <aff-alternatives id="aff-2">
    <aff>
     <institution xml:lang="ru">Санкт-Петербургский университет МВД России</institution>
    </aff>
    <aff>
     <institution xml:lang="en">Saint Petersburg University of the Ministry Internal Affairs of Russian Federation</institution>
    </aff>
   </aff-alternatives>
   <pub-date publication-format="print" date-type="pub" iso-8601-date="2016-10-14T00:00:00+03:00">
    <day>14</day>
    <month>10</month>
    <year>2016</year>
   </pub-date>
   <pub-date publication-format="electronic" date-type="pub" iso-8601-date="2016-10-14T00:00:00+03:00">
    <day>14</day>
    <month>10</month>
    <year>2016</year>
   </pub-date>
   <volume>16</volume>
   <issue>4</issue>
   <fpage>29</fpage>
   <lpage>35</lpage>
   <self-uri xlink:href="https://naukaru.ru/en/nauka/article/13617/view">https://naukaru.ru/en/nauka/article/13617/view</self-uri>
   <abstract xml:lang="ru">
    <p>В работе рассматривается осесимметричная контактная задача теории упругости о вдавливании жесткого сферического штампа с неровной формой поверхности в трансверсально изотропное полупространство с функционально градиентным трансверсально изотропным покрытием. Модули упругости в покрытии изменяются с глубиной по произвольным непре-рывным или кусочно-постоянным независимым друг от друга законам. Решение задачи сведено к решению парного интегрального уравнения, шероховатая структура штампа моделируется отрезком ряда Фурье-Бесселя. Трансформанта ядра аппроксимируется произведением дробно-квадратичных функций, для которых получены замкнутые аналитические решения парных интегральных уравнений. Полученные решения асимптотически точны для малых и больших значений относительной толщины покрытия. Разработана схема чис-ленного построения функций податливости для случая одновременного действия произвольных осесимметричных нормальной и касательной нагрузок</p>
   </abstract>
   <trans-abstract xml:lang="en">
    <p>An axisymmetric contact problem of the elasticity theory of the rigid rough-surfaced spherical punch indentation into an elastic transversely isotropic half-space with the functionally-graded transversely isotropic coating is considered. Elastic moduli of the coating vary with depth according to the arbitrary continuous or piecewise constant independent functions. The technique based on the integral transformations is used to reduce the problem to the integral equation. The punch roughness is modeled by the Fourier-Bessel series. Special approximation for the kernel transform is used to obtain the approximated analytical solution to the integral equation. The resulting solution is asymptotically exact for both small and large values of the relative thickness of the coating. A method of construction of the compliance functions is presented for the case of the simultaneous action of the arbitrary axisymmetric normal and tangential loadings.</p>
   </trans-abstract>
   <kwd-group xml:lang="ru">
    <kwd>контакт</kwd>
    <kwd>упругость</kwd>
    <kwd>сферический штамп</kwd>
    <kwd>шероховатость</kwd>
    <kwd>покрытие</kwd>
    <kwd>неоднородность</kwd>
    <kwd>функционально градиентные и слоистые материалы.</kwd>
   </kwd-group>
   <kwd-group xml:lang="en">
    <kwd>contact</kwd>
    <kwd>elasticity</kwd>
    <kwd>spherical punch</kwd>
    <kwd>roughness</kwd>
    <kwd>coating</kwd>
    <kwd>inhomogeneity</kwd>
    <kwd>functionally-graded and layered materials.</kwd>
   </kwd-group>
  </article-meta>
 </front>
 <body>
  <p>.Контактным задачам для функционально-градиентных материалов и покрытий посвящено большое количество современных исследований. Однако, большинство известных в литературе результатов получены лишь для частных случаев изменения упругих свойств в покрытии. Возникающие при этом интегральные уравнения решаются в основном численно и полученные решения эффективны лишь в некотором ограниченном диапазоне значений геометрического параметра задачи (относительная толщина покрытия) [1–3].При проведении эксперимента по наноиндентированию используют штампы с различной формой наконечника. Наиболее распространены штампы сферической, пирамидальной или конической формы. Однако, в процессе изготовления штампа не удаётся добиться идеальной формы наконечника, кроме того форма штампа может изменяться в процессе эксплуатации [4]. Перед проведением экспериментов форма наконечника индентора обычно отдельно изучается с помощью, например, растрового электронного микроскопа [5, 6]. Однако, математическое моделирование, позволяющее учесть отличие формы штампа от идеальной, изучено очень слабо.  В настоящей работе разработана модель, позволяющая учесть неровности поверхности штампа и непрерывно-неоднородную или кусочно-однородную анизотропную структуру покрытия. Рассмотрена контактная задача о вдавливании недеформируемого штампа в трансверсально-изотропное полупространство с функционально-градиентным покрытием. Основное отличие от аналогичной задачи для изотропных материалов состоит в схеме построения трансформанты ядра интегрального уравнения (функции податливости среды). В работе предложена схема построения функций податливости при действии произвольных осесимметричной нормальной и касательной нагрузок. Считается, что форма штампа неидеальна, неровности поверхности модулируются отрезком ряда Фурье-Бесселя. Построено приближенное аналитическое решение контактной задачи, асимптотически точное для малых и больших значений относительной толщины покрытия и обладающее высокой точностью для покрытий средней толщины.</p>
 </body>
 <back>
  <ref-list>
   <ref id="B1">
    <label>1.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Liu, T.-J. Axisymmetric frictionless contact of functionally graded materials / T.-J. Liu, Y.-S. Wang, C. Zhang // Archive of Applied Mechanics. - 2008. - Vol. 78. - P. 267-282.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Liu, T.-J., Wang, Y.-S., Zhang, C. Axisymmetric frictionless contact of functionally graded materials. Archive of Applied Mechanics, 2008, vol. 78, iss. 4, pp. 267-282.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B2">
    <label>2.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Ma, J. Frictionless contact of a functionally graded magneto-electro-elastic layered half-plane under a conducting punch / J. Ma, L.-L. Ke, Y.-S. Wang // International Journal of Solids and Structures. - 2014. - Vol. 51. - P. 2791-2806.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Ma, J., Ke, L.-L., Wang, Y.-S. Frictionless contact of a functionally graded magneto-electro-elastic layered half-plane under a conducting punch. International Journal of Solids and Structures, 2014, vol. 51, pp. 2791-2806.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B3">
    <label>3.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Guler, M. A. Contact mechanics of graded coatings / M. A. Guler, F. Erdogan // International Journal of Solids and Structures. - 2004. - Vol. 41. - P. 3865-3889.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Guler, M. A., Erdogan, F. Contact mechanics of graded coatings. International Journal of Solids and Structures, 2004, vol. 41, pp. 3865-3889.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B4">
    <label>4.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Головин, Ю. И. Наноиндентирование и его возможности / Ю. И. Головин - Москва : Машиностроение, 2009. - 312 с.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Golovin, Y.I. Nanoindentirovanie i ego vozmozhnosti. [Nanoindentation and its possibilities.] Moscow: Mashi-nostroenie, 2009, 312 p. (in Russian).</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B5">
    <label>5.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Influence of tip defect and indenter shape on the mechanical properties determination by indentation of a TiB2-60%B4C ceramic composite / D. Chicot [et al.] // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. - 2013. - Vol. 38. - P. 102-110.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Chicot, D., et al. Influence of tip defect and indenter shape on the mechanical properties determination by indentation of a TiB2-60%B4C ceramic composite. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 2013, vol. 38, pp. 102-110.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B6">
    <label>6.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Lim, Y. Y. Indentation of elastic solids with a rigid Vickers pyramidal indenter / Y. Y. Lim,  M. M. Chaudhri  // Mechanics of Materials. - 2006. - Vol. 38, iss. 12. - P. 1213-1228.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Lim, Y. Y., Chaudhri, M. M. Indentation of elastic solids with a rigid Vickers pyramidal indenter. Mechanics of Materials, 2006, vol. 38, iss. 12, pp. 1213-1228.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B7">
    <label>7.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Айзикович, С. М. Осесимметричная задача о вдавливании круглого штампа в упругое, неоднородное по глубине полупространство/ С. М. Айзикович, В. М. Александров // Известия АН СССР. Механика твердого тела. - 1984. - № 2. - С. 73-77.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Aizikovich, S. М., Alexandrov, V.M. Osesimmetrichnaya zadacha o vdavlivanii kruglogo shtampa v uprugoe, ne-odnorodnoe po glubine poluprostranstvo. [Axisymmetric problem of round punch indentation in elastic nonuniform in depth half-space.] Izvestia: Mechanics of Solids, 1984, no. 2, pp. 73-77 (in Russian).</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B8">
    <label>8.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Вигдерович, И. Е. О решении граничных задач теории упругости для слоистых тел произвольной формы / И. Е. Вигдерович, В. Д. Ламзюк, А. К. Приварников // IV Всесоюзн. съезд по теоретической и прикладной механике. Аннотации докладов. Киев: Наукова думка. - 1976. - С. 86.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Vigderovich, I.E., Lamzyuk, V.D., Privarnikov, A.K. O reshenii granichnykh zadach teorii uprugosti dlya sloistykh tel proizvol&amp;#180;noy formy. [On solution of boundary value problems of elasticity theory for layered arbitrary shaped bodies.] IV Vsesoyuzn. s&amp;#180;&amp;#180;ezd po teoreticheskoy i prikladnoy mekhanike. Annotatsii dokladov. [IV All-Union Congress on Theoretical and Applied Mechanics. Abstracts.] Kiev: Naukova dumka, 1976, p. 86 (in Russian).</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B9">
    <label>9.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Айзикович, С. М. Асимптотические решения контактных задач теории упругости для неоднородных по глубине сред / С. М. Айзикович // Прикладная математика и механика. - 1982. - Т. 46, № 1. - С. 148-158.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Aizikovich, S. М. Asymptotic solutions of contact problems of elasticity theory for media non-homogeneous with depth. Journal of Applied Mathematics and Mechanics, 1982, vol. 46, pp. 116-124.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B10">
    <label>10.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Analytical solution of the spherical indentation problem for a half-space with gradients with the depth elastic properties / S.M. Aizikovich [et al.] // International Journal of Solids and Structures. - 2002. -Vol. 39, iss. 10. - P. 2745-2772.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Aizikovich, S.M., et al. Analytical solution of the spherical indentation problem for a half-space with gradients with the depth elastic properties. International Journal of Solids and Structures, 2002, vol. 39, iss. 10, pp. 2745-2772.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B11">
    <label>11.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Айзикович, С. М. Двухсторонний асимптотический метод решения интегрального уравнения контактной задачи о кручении неоднородного по глубине упругого полупространства / С. М. Айзикович, А. С. Васильев // При-кладная математика и механика. - 2013. - Т. 77, № 1. - С. 129-137.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Aizikovich, S. М., Vasiliev, A. S. A bilateral asymptotic method of solving the integral equation of the contact problem for the torsion of an elastic halfspace inhomogeneous in depth. Journal of Applied Mathematics and Mechanics, 2013, vol. 77, pp. 91-97.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B12">
    <label>12.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Axisymmetric contact problems of the theory of elasticity for inhomogeneous layers / A. S. Vasiliev [et al.] // ZAMM Zeitschrift fur Angewandte Mathematik und Mechanik. - 2014. - Vol. 94. - P. 705-712.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Vasiliev, A. S., et al. Axisymmetric contact problems of the theory of elasticity for inhomogeneous layers. ZAMM Zeitschrift fur Angewandte Mathematik und Mechanik, 2014, vol. 94, pp. 705-712.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B13">
    <label>13.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Айзикович, C. M. Осесимметричная контактная задача о вдавливании конического штампа в полупро-странство с неоднородным по глубине покрытием/ С. М. Айзикович, А. С. Васильев, С. С. Волков // Прикладная ма-тематика и механика. - 2015. - Т. 79, № 5. - С. 710-716.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Aizikovich, S. М, Vasiliev, A. S., Volkov, S.S. The axisymmetric contact problem of the indentation of a conical punch into a half-space with a coating inhomogeneous in depth. Journal of Applied Mathematics and Mechanics, 2015, vol. 79, pp. 500-505.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B14">
    <label>14.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Васильев, А. С. Контактная задача о кручении круглым штампом трансверсально-изотропного упругого полупространства с неоднородным трансверсально-изотропным покрытием / А. С. Васильев, Е. В. Садырин, И. А. Федотов // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 2013. - Т. 70-71, № 1-2. - С. 25-34.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Vasiliev, A. S., Sadyrin, E.V., Fedotov, I.A. Kontaktnaya zadacha o kruchenii kruglym shtampom transversal&amp;#180;no-izotropnogo uprugogo poluprostranstva s neodnorodnym transversal&amp;#180;no-izotropnym pokrytiem. [Contact problem on torsion of transversely isotropic elastic half-space with inhomogeneous transversely isotropic coating by round die.] Vestnik of DSTU, 2013, vol. 70-71, no. 1-2, pp. 25-34 (in Russian).</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B15">
    <label>15.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Torsion of a circular punch attached to an elastic half-space with a coating with periodically depth-varying elastic properties / A. S. Vasiliev [et al.] // Archive of Applied Mechanics. - 2016. - Vol. 86, iss. 7. - P. 1247-1254.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Vasiliev, A. S., et al. Torsion of a circular punch attached to an elastic half-space with a coating with periodically depth-varying elastic properties. Archive of Applied Mechanics, 2016, vol. 86, iss. 7, pp. 1247-1254.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
  </ref-list>
 </back>
</article>
