淬灭无序与不稳定性调控三维动态断裂

三维材料失效仍构成基础性挑战。我们采用相场方法研究三维脆性裂纹动力学，其中引入了断裂能中的高斯淬灭无序。无序由关联长度 $R$ 和强度 $\sigma$ 表征。我们发现平均裂纹速度 $v$ 受限于一个极限速度，该速度小于均匀材料的预测值并随 $\sigma$ 减小。它源于断裂能随裂纹驱动力 $G$ 增加的动态重正化，类似临界点，由二维分支失稳与无序的相互作用导致。在较小 $G$ 下，尺度 $R$ 上局域化分支的概率超指数地小。随 $G$ 增大该概率迅速增加，导致雾状断裂面，但相关额外耗散仍小。当 $G$ 进一步增大，分支相关长度尺度变为动态并持续增加，产生羽状结构及对断裂面的宏观贡献。后者动态重正化实际断裂能，直至最终 $G$ 的任何增加都被额外断裂面平衡，而 $v$ 不再增加。最终，分支宽度达到系统厚度，使二维对称性在统计上恢复。我们的发现与大量实验观测一致。