Evolucija deformacijskih vzorcev večplastnih viskoelastičnih struktur

Zavodnik, Jan (avtor), Brojan, Miha (mentor)

V doktorski nalogi smo se osredotočili na raziskavo evolucije kvaziperiodičnih deformacijskih vzorcev (gub) v večplastnih viskoelastičnih strukturah s tankimi plastmi, obremenjenih s tlačnimi silami. Kljub pomembnosti teh struktur v tehniki in medicini je bilo njihovo obnašanje doslej slabo raziskano zaradi zahtevnosti analize interakcij med viskoelastičnimi in nelinearnimi dejavniki, ki so ključni pri razvoju deformacij. V okviru raziskav smo razvili teorijo viskohiperelastičnosti, intrinzično teorijo nosilcev na elastični podlagi ter novo reducirano teorijo lupin. Za reševanje lupinskih enačb smo prav tako razvili novo sferično spektralno metodo. Poleg teoretičnega dela smo razvili tudi nove eksperimentalne pristope. Ti vključujejo metodo za analizo gubanja enostavnega tlačno obremenjenega filma na ravni podlagi, ki postaja z deformacijo mehkejša, in metodo za analizo evolucije deformacij tlačno obremenjenega sferičnega elastičnega filma na viskoelastični podlagi. Uporaba razvitih metod je pokazala, da ima hitrost obremenjevanja velik vpliv na končno deformacijsko stanje, saj se strukture lahko ujamejo v metastabilna zamrznjena stanja. Prav tako smo dokazali, da zaradi interakcije med nelinearnimi in viskoelastičnimi vplivi v obravnavanih strukturah nastajajo le kvaziperiodični deformacijski vzorci, ki jih pri popolnoma elastičnih strukturah ne zasledimo. Ugotovitve smo z uporabo analitičnih, numeričnih in eksperimentalnih metod preverili na kompleksnih ter enostavnejših strukturah, kjer so omenjeni pojavi manj izraziti, vendar še vedno prisotni.

• Jezik: Slovenski jezik
• Ključne besede: viskoelastičnost, veliki pomiki, stabilnost, gubanje, spektralna metoda, sferični harmoniki
• Vrsta gradiva: Doktorsko delo/naloga
• Tipologija: 2.08 - Doktorska disertacija
• Organizacija: FS - Fakulteta za strojništvo
• Leto izida: 2025
• Št. strani: 1 zv. (loč. pag.)
• PID: 20.500.12556/RUL-168381
• UDK: 539.313:678.7:543.429.9(043.3)
• COBISS.SI-ID: 233434115
• Datum objave v RUL: 11.04.2025

ZAVODNIK, Jan, 2025, Evolucija deformacijskih vzorcev večplastnih viskoelastičnih struktur [na spletu]. Doktorska disertacija. [Dostopano 19 maj 2025]. Pridobljeno s: https://repozitorij.uni-lj.si/IzpisGradiva.php?lang=slv&id=168381

Sekundarni jezik

• Jezik: Angleški jezik
• Naslov: Evolution of deformation patterns of layered viscoelastic structures

Izvleček

This doctoral thesis focuses on the investigation of the evolution of quasi-periodic deformation patterns (wrinkles) in multi-layered viscoelastic structures with thin layers subjected to compressive loads. Despite the significance of these structures in technology and medicine, their behaviour has been poorly studied so far due to the challenges in analyzing the interactions between viscoelastic and nonlinear effects during the development of deformations. In this research, we developed a theory of visco-hyperelasticity, an intrinsic theory of beams on elastic foundations, and a new reduced theory of shells. Additionally, a novel spherical spectral method was developed for solving the shell equations. Alongside the theoretical work, we also developed new experimental approaches. These include a method for analyzing the wrinkling of a simple compressively loaded film on a flat substrate, which softens under deformation, and a method for analyzing the evolution of deformation in a compressively loaded spherical elastic film on a viscoelastic substrate. Using the developed methods, we demonstrated that the loading rate has a significant impact on the final deformation state, as structures can become trapped in metastable so-called ``frozen'' states. Furthermore, we showed that due to the interaction between nonlinear and viscoelastic effects, only quasi-periodic deformation patterns emerge in the studied structures, which are not attainable in purely elastic structures. Using analytic, numeric and experimental techniques the findings were validated on both complex and simpler structures, where the mentioned phenomena are less pronounced but still present.

• Ključne besede: viscoelasticity, finite deformation, stability, wrinkling, spectral method, spherical harmonics