随机穿孔固体的弹性软化与断裂

我们研究了含有受控随机分布激光切割孔洞的准脆性聚甲基丙烯酸酯(PMMA)试样的力学响应。拉伸试验结合数字图像相关技术揭示，施拉斯模量随孔隙率呈近线性减小，但软化速率远超经典有效介质理论和Hashin-Shtrikman下界。 extrapolated的临界孔隙率（在此处施拉斯模量消失）明显低于二维percolation阈值，表明理想圆柱形空洞模型未能捕捉观察到的行为。显微镜显示不规则的孔洞几何形状和频繁的孔洞 coalescence，实际上起到类似裂纹缺陷的作用，显著增强了顺应性。断裂应力分布可由Weibull模型描述，考虑到孔隙边缘的应力集中和承载区域的减少。数字图像相关技术揭示形变呈异质但非局部化，应变随孔洞模式的相关性日益增大，表明缺陷诱导的应力集中作用正在增强。这些结果突显了缺陷形貌在支配准脆性多孔材料刚性降解和断裂统计中的关键作用。