基于FFT相场断裂的有效韧性估计：在复合材料和晶体材料中的应用

基于在FFT均匀化求解器中实现的相场断裂模型，提出了一种对异质材料有效韧性的估计方法。该估计基于对代表性体积单元（RVE）微结构变形的模拟，通过使用弧长法类型的控制，以恒定的能量耗散率进行控制。韧性的定义对应于RVE完全断裂后耗散的总能量——这得益于耗散控制可以精确获得——除以RVE的横截面积（二维中为长度）。所提出的估计方法考虑了韧性异质性和弹性响应对整体断裂能的影响，并且还允许考虑具有各向异性弹性和断裂响应（解理断裂）的相。为了改进韧性预测，使用了裂纹尖端增强技术来模拟初始裂纹。该方法在一系列示例中被应用于获取复合材料和弹性多晶体的有效韧性。在这两类材料中，发现弹性响应和断裂能的异质性都有助于提高有效韧性。在微观上，发现增韧机制与裂纹穿过较韧相以及裂纹路径的偏转有关。研究还发现，后者是对于具有显著异质性和高各向异性的情况下的控制机制，最终在异质性或各向异性足够高时导致增韧饱和。