下刀有方：端部效应与切片的好处

软固体中的切割力学已被研究数十年，其诸多应用（包括材料测试、制造与生物医学技术）推动了这一研究兴趣。金属丝切割是分析软材料抗切力的最简单模型系统。然而，即便对于这一简单系统，支撑切割的复杂失效机制仍未被完全理解。已有若干模型将临界切割力与金属丝半径及被切材料的关键力学性质相联系。一个几乎普遍存在的简化假设是材料处于平面（与反平面）应变状态。本文中，我们表明该假设会导致错误结论，因为即便如此简单的切割问题本质上是三维的。平面近似将分析限制在中平面内的应力分布。然而，通过有限元建模，我们揭示最大拉应力——因而也可能是切割起始的可能位置——实际上位于前平面。摩擦降低了该应力的大小，但这一有害效应可被大的切片-推压（剪切-压入）比所抵消。这些端部效应的引入有助于调和近期关于金属丝切割中摩擦作用的争议，因为其意味着切片确实能降低所需切割力，但仅当切片-推压比与摩擦系数均足够大时成立。材料应变硬化进一步降低了引发切割所需的临界压入深度，因此在切割非线性弹性材料时需加以考虑。