一种受几何启发的弹性体损伤与本征自修复本构框架
材料科学
2025-03-25 v1
摘要
弹性体的自主界面自修复能力使其能够再加工与回收,因此在抗弹、表面涂层、粘合剂以及生物医学材料等应用中具有重要价值。本文针对弹性体的自主修复,提出了一种基于几何的损伤-修复理论。该理论建立在一个框架之上:损伤在欧几里得材料流形中引发不可积性,使其转变为黎曼流形;修复过程则通过反向损伤变量或演化的修复变量使流形恢复至欧几里得状态。其中,反向损伤变量用于刻画再键合机制,而修复变量则描述通过链扩散与缠结所实现的修复。该模型还预测了链扩散先于再键合情况下的修复行为。微观力平衡支配着损伤与修复变量的演化,刻画了率相关损伤以及与温度无关的本征修复特性。该模型通过数值模拟得到验证,包括一维与二维算例,准确预测了损伤与修复之间的耦合以及修复后的力学响应。该模型还预测了超分子弹性体中断裂韧度随修复时间的恢复规律,与实验数据吻合。凭借极少的参数,该模型具有很强的通用性,易于用于材料设计与结构分析,在简洁性与预测能力方面均优于现有模型。
引用
@article{arxiv.2503.18771,
title = {A geometrically inspired constitutive framework for damage and intrinsic self-healing of elastomers},
author = {Sanhita Das and Nivedita Kumari},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.18771},
year = {2025}
}