The problem of collective indentation of an elastic half-plane by a system of rigid punches elastically connected to a common platform

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The problem is considered for the indentation of an elastic half-plane by a system of rigid punches elastically connected to a common rigid platform. A variational formulation of the problem are obtained in the form of a boundary variational inequality using the Poincare–Steklov operator for an elastic half-plane. A minimization problem equivalent to the variational inequality is given, for approximation of which the boundary-element approach is used. As a result, a quadratic programming problem with equality and inequality restrictions is obtained, for the numerical solution of which an algorithm based on the conjugate gradient method was used. Patterns of collective indentation of elastic half-plane by a system of rigid punches elastically connected to a common platform have been investigated by computational experiment.

About the authors

A. A. Bobylev

Lomonosov Moscow State University

Author for correspondence.
Email: abobylov@gmail.com
Moscow, Russia

References

  1. Walley S.M. Historical origins of indentation hardness testing // Mater. Sci.&Technol., 2012, vol. 28, no. 9–10, pp. 1028–1044.
  2. Golovin Yu.I. Nanoindentation and Its Capabilities. Moscow: Mashinostroenie, 2009. 312 p. (in Russian)
  3. Sadovnichy V.A., Goryacheva I.G., Akaev A.A. et al. Application of Contact Mechanics Methods in the Diagnosis of Pathological Conditions of Soft Biological Tissues. Moscow: MSU, 2009. 306 p. (in Russian)
  4. Gorinevsky DM, Formalsky AM, Schneider AJ. Manipulation Systems Management Based on Effort Information. Moscow: Nauka, 1994. 368 p. (in Russian)
  5. Argatov I.I., Jin X., Keer L.M. Collective indentation as a novel strategy for mechanical palpation tomography // J. of the Mech.&Phys. of Solids, 2020, vol. 143, art. no. 104063.
  6. Muskhelishvili N.I. Some Basic Problems of the Mathematical Theory of Elasticity. Dordrecht: Springer, 1977. 732 p.
  7. Timoshenko S., Goodier J.N. Theory of Elasticity. N.Y.: McGraw-Hill, 1970. 591 p.
  8. Bobylev A.A. On the positive definiteness of the Poincaré–Steklov operator for elastic half-plane // Moscow Univ. Mech. Bull., 2021, vol. 76, no. 6, pp. 156–162.
  9. Kravchuk A.S., Neittaanmäki P.J. Variational and Quasi-Variational Inequalities in Mechanics. Dordrecht: Springer, 2007. 329 p.
  10. Eck C., Jarušek J., Krbec M. Unilateral Contact Problems: Variational Methods and Existence Theorems. N.Y.: CRC Press, 2005. 398 p.
  11. Sofonea M., Matei A. Mathematical Models in Contact Mechanics. Cambridge: Univ. Press, 2012. 280 p.
  12. Capatina A. Variational Inequalities and Frictional Contact Problems. Cham: Springer, 2014. 235 p.
  13. Steinbach O. Numerical Approximation Methods for Elliptic Boundary Value Problems: Finite and Boundary Elements. N.Y.: Springer, 2008. 386 p.
  14. Bobylev A.A. Application of the conjugate gradient method to solving discrete contact problems for an elastic half-plane // Mech. of Solids, 2022, vol. 57, no. 2, pp. 317–332.
  15. Zabreiko P.P., Koshelev A.I., Krasnoselsky M.A. et al. Integral Equations. Moscow: Nauka, 1968. 448 p. (in Russian)
  16. Khludnev A.M. Elasticity Problems in Non-Smooth Domains. Moscow: Fizmatlit, 2010. 252 p. (in Russian)
  17. Gwinner J., Stephan E.P. Advanced Boundary Element Methods. Treatment of Boundary Value, Transmission and Contact Problems. Cham: Springer, 2018. 652 p.
  18. Rjasanow S., Steinbach O. The Fast Solution of Boundary Integral Equations. N.Y.: Springer, 2007. 284 p.
  19. Sauter S.A., Schwab C. Boundary Element Methods. Berlin;Heidelberg: Springer, 2011. 652 p.
  20. Davis P.J. Circulant Matrices. N.Y.: Wiley, 1979. 250 p.
  21. Wang Q.J., Sun L., Zhang X. et al. FFT-based methods for computational contact mechanics // Front. Mech. Eng., 2020, vol. 6, no. 61, pp. 92–113.
  22. Bobylev A.A. Algorithm for solving discrete contact problems for an elastic strip // Mech. of Solids, 2022, vol. 57, no. 7, pp. 1766–1780.
  23. Bobylev A.A. The unilateral discrete contact problem for a functionally graded elastic strip // Moscow Univ. Mech. Bull., 2024, vol. 79, no. 2, pp. 56–68.
  24. Bobylev A.A. Algorithm for solving unilateral discrete contact problems for a multilayer elastic strip // J. Appl. Mech. Tech. Phys., 2024, vol. 65, no. 2, pp. 382–392.
  25. Bobylev A.A. Algorithm for solving discrete contact problems for an elastic layer // Mech. of Solids, 2023, vol. 58, no. 2, pp. 439–454.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».