内禀各向异性脆性材料破碎强度的微观结构起源

我们研究其内部构造（例如矿物颗粒或晶粒）呈现类似沉积岩和变质岩层状排列的脆性材料的破碎强度。采用离散元方法，我们探测旨在重现特定矿物构型的圆形样品的破坏强度。为此，将修正 Voronoi 镶嵌所产生的单元集合，利用键合定律连接成力学稳定的层状结构。单元的形状分布使我们能够设定材料的内禀各向异性水平。使用直径端点加载，并系统性地改变相对于单元构型的加载方向，我们刻画了日益各向异性结构的破坏强度。该方法最终重现了实验观测，并使我们能够量化强度的统计变异性、破碎能量的消耗，以及与样品中单元几何和力传递相关的诱导各向异性。基于对失效起始时几何与力学性质的精细描述，我们利用应力张量以及几何与力各向异性的解析分解，发展了破碎强度变异性的微力学分解。我们可以得出结论：各向异性层状介质中破坏强度的起源依赖于几何与力学各向异性的补偿，以及矿物间平均径向力的增加，而不区分拉伸或压缩分量。