Počítačové modelování fyzikálních procesů při nanoindentaci tenkých vrstev

Abstract

Tato bakalářská práce se zaměřuje na popis počítačového modelování nanoindentace tenkých vrstev. V první části práce je provedena teoretická rešerše, která se zabývá procesem nanoindentační zkoušky, jejím vyhodnocením a modelováním metodou konečných prvků. Druhá část práce obsahuje detailní popis tvorby 2D numerického modelu. Při vytváření modelu jsou zohledněny vlivy numerických a fyzikálních parametrů na přesnost výsledků. Následně je provedena numerická studie, která zkoumá vliv mechanických vlastností materiálů vrstvy a substrátu a hloubky indentace na výsledky indentační zkoušky. Provedené simulace zahrnují dva systémy: poddajnou (a měkkou) vrstvu na tuhém (a tvrdém) substrátu a tuhou vrstvu na poddajném substrátu. Výsledky ukazují, že Youngův modul pružnosti je závislý na poměru maximální hloubky vtisku k tloušťce vrstvy. V případě poddajné vrstvy modul pružnosti roste se zvětšující se hloubkou vtisku, v případě tuhé vrstvy postupně klesá.

This bachelor's project focuses on the description of computer modeling of nanoindentation for thin films. The first part of the project consists of theoretical research that deals with the process of nanoindentation, its analysis, and finite element modeling. The second part of the project contains a detailed description of the 2D numerical model development. The model takes into consideration the effects of numerical and physical parameters on result accuracy. Subsequently, a numerical study is performed to investigate the influence of the mechanical properties of the film and substrate materials and the indentation depth on the indentation results. The simulations include two systems: a soft film on a stiff (hard) substrate and a hard film on a soft substrate. The results demonstrate that the Young's modulus depends on the ratio of the maximum indentation depth to the film thickness. In the first case, the elastic modulus increases as this ratio increases, while in the second case it gradually decreases.