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准脆性裂纹:混合方法

材料科学 2025-10-07 v3 偏微分方程分析

摘要

提出一种场论,用于预测准脆性材料中的损伤和裂纹。本文采取的新方法将非局部本构律与两点相位场相结合。在此表述中,材料位移场由初始边值问题唯一确定。该理论自然满足能量平衡,能量耗散率符合热力学原理。值得注意的是,这些性质并非被强加,而是直接源于本构律和运动方程在乘以速度后积分分部的结果。除了弹性常数,该模型最多需要三项关键材料参数:非线性开始的应变、极限拉伸强度和断裂韧性。该方法简化了参数识别过程,同时确保材料行为的表征。该方法无缝处理跨越不同加载范畴的裂纹演化,从准静态到动态,涵盖快速裂纹传播和准脆性失效,可发生在单调和循环加载条件下。数值仿真显示,结果在定性和定量上均与实验测量相符,包括混凝土三点弯曲试验。该模型成功捕捉了裂口唇位移的循环加载-位移响应、与极限载荷和试件尺寸相关的结构尺度效应、源于L形域拐角奇异性的裂纹起始,以及快速裂纹的分岔现象。

关键词

引用

@article{arxiv.2503.20109,
  title  = {Quasi-Brittle Fracture: The Blended Approach},
  author = {Semsi Coskun and Davood Damircheli and Robert Lipton},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2503.20109},
  year   = {2025}
}

备注

36 pages, 23 figures, data avalibility added, section on fast fracture added