具有化学异质性的软弹性球粘附的裂纹前沿模型

粘附滞后的成因可能是由表面粗糙度或化学异质性引发的弹性失稳。然而，由于缺乏考虑真实粗糙度的理论与数值模型，这些失稳在粘附滞后中的作用仍知之甚少。我们的工作聚焦于低粗糙度或弱异质性软弹性球的粘附，其中压入过程可描述为近圆形外裂纹的Griffith式扩展。我们讨论了如何描述具有化学异质性的球的接触，这种异质性导致局部粘附功的涨落。我们引入了一种变分一阶裂纹微扰模型，并利用边界元模拟验证了该方法。只要接触周长保持接近圆形且接触区域为单连通，该裂纹微扰模型便能准确预测接触形状与滞后的力-压入曲线。在计算上，裂纹微扰模型比相应的边界元公式高效数个数量级，从而可处理真实的异质性场。此外，我们的裂纹前沿表述阐明了粘附滞后与弹性线钉扎经典理论之间的联系。