异质准脆性颗粒材料中鲁棒性、力传递与损伤的相互依赖演化：从抑制失效到级联破坏

异质准脆性颗粒材料在整体失效前可承受一定程度的内部损伤。这种鲁棒性不仅取决于键强，还取决于键接触网络的拓扑与冗余，力与损伤经由该网络传播。尽管对准脆性失效已有广泛研究，仍缺乏一个统一框架来量化鲁棒性、损伤与力传递的相互依赖演化。本文发展了一个此类框架。它是数据驱动的、多尺度的，且仅依赖接触网络的接触强度与拓扑作为材料属性。利用单轴拉伸下混凝土试样的离散元模拟数据，我们揭示了优化力传递的证据，其由两个新颖传递模式刻画，可预测并解释从微观到宏观尺度的损伤传播。第一个是最优流动路径：可传递全局传递容量的最短可能路径。这些路径可靠地预测拉伸力链。第二个是力瓶颈。它们对宏观裂纹的最终模式、位置与相互作用提供早期且准确的预测。由传递路径冗余所赋能的瓶颈间双管齐下的协作机制，构成了失效前阶段鲁棒性的基础。瓶颈轮流承受损伤，而成员接触分散力以将损伤限制于低容量接触，留下强接触网络以支撑并遏制该区域拉伸力链的失效。这种协作行为虽旨在最小化全局传递容量不可避免的下降，却逐步加剧这些接触间的相互依赖并引发相反效应。