On modeling fracture of soft polymers

软聚合物是自然界和工程材料中普遍存在的材料，其性质从率无关到率相关变化。对于率相关的软材料，当前的断裂韧性度量在变化的加载曲线和试样几何形状下并非唯一。关于率相关软聚合物断裂建模的工作仅限于特定的预裂纹几何形状。目前尚无普遍认可的软聚合物断裂模型。我们提出并证明，对于某一类软聚合物，应力功的临界值可以用作抗断裂性的度量。我们建立了一个损伤模型来预测软聚合物的断裂。在该模型中，临界应力功的能量部分被提议作为损伤起始准则，该准则能够捕捉失效面。损伤演化通过一个广义梯度损伤框架进行建模。通过将模型预测与不同材料（三元乙丙橡胶 - EPDM、EPS25 类玻璃体、丁苯橡胶 - SBR、天然橡胶 - NR 和聚硼硅氧烷 - PBS）、多种试样几何形状和加载条件下的实验结果进行比较，该断裂模型在弹性体和粘性软聚合物上均得到了验证。该模型可以预测关键的物理现象，如脆性和韧性响应以及不同的断裂轮廓。微观结构量，如聚合物断裂过程中的子链解离能，可以从宏观模型参数中预测出来。