软弹性体的双轴表征：实验与用于断裂的数据自适应构型力
软凝聚态物质
2025-09-04 v1 材料科学
摘要
由于软固体在大变形下具有复杂的非线性响应，理解其断裂力学仍是一项基本挑战。虽然多轴加载是探究其力学行为的关键，但此类加载在断裂过程中的作用仍知之甚少。在此，我们提出一个结合实验与计算的框架，以研究软弹性体在等双轴加载下的断裂。我们报告了对五种弹性体材料进行的原创等双轴准静态实验，揭示了从类脆性到裂纹尖端应变超过150%的高度可变形响应的一系列材料与断裂行为。受这些观察启发，我们开发了一个混合计算测试平台，该平台复现了实验设置并实现了虚拟双轴测试。该框架的核心包含两个组件：一个是超弹性能量函数的数据自适应公式，可灵活捕捉材料行为；另一个是构型力法的后处理实现，为裂纹尖端的 J 积分提供了计算高效的估计。我们用于超弹性能量函数的数据自适应框架证明其能高精度地捕捉双轴实验中观察到的超弹性行为，这非常重要，因为准确捕捉软固体的本构行为是将构型力法可靠应用于软固体的关键。在裂纹起裂的极限状态下，裂纹尖端构型力的临界值提供了一个断裂韧性准则。总而言之，我们的实验、理论和计算贡献为表征和设计具有定制断裂性能的软材料提供了一种新范式。
引用
@article{arxiv.2505.20244,
title = {Biaxial characterization of soft elastomers: experiments and data-adaptive configurational forces for fracture},
author = {Miguel Angel Moreno-Mateos and Simon Wiesheier and Ali Esmaeili and Mokarram Hossain and Paul Steinmann},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.20244},
year = {2025}
}