聚合物凝胶的非线性粘弹性与广义失效准则

聚合物凝胶表现为软粘弹性固体，并展现出一种通用的非线性力学响应，其特征是在不可逆失效（通常通过宏观断裂）之前出现显著的硬化。在此，我们旨在利用基于以下两点的非线性积分本构方程来捕捉蛋白质凝胶的上述情形：(i) 凝胶的线性粘弹性响应，此处由幂律松弛模量很好地描述；以及 (ii) 凝胶的非线性粘弹性特性，编码于一个“阻尼函数”中。这种形式体系定量预测了凝胶在剪切启动实验中的力学响应，直至宏观失效 onset。此外，由于凝胶失效涉及宏观裂纹的不可逆扩展，我们将上述应力响应与脆性固体的 Bailey 耐久性准则相结合，以预测失效点的临界应力 $\sigma_c$ 和临界应变 $\gamma_c$，以及它们随施加剪切速率的标度关系。理论与实验之间的极好一致性表明，这种软粘弹性凝胶中的裂纹扩展是一个马尔可夫过程，且 Bailey 准则的适用范围远超金属、玻璃或矿物等硬质材料。