Capriccio 方法作为在复杂载荷条件下量化玻璃态材料断裂性能并保持化学特异性的通用工具
材料科学
2025-10-14 v2
摘要
分子动力学 (MD) 模拟被广泛用于在保持化学特异性的同时提供对断裂机制的深入理解。然而，诸如 MD 之类的基于粒子的技术在可及的长度尺度和适用的边界条件方面受到限制，这制约了对典型工程环境中断裂现象的研究。为了克服这些限制，我们应用分区 Capriccio 方法将代表二氧化硅玻璃的原子级 MD 样本与有限元 (FE) 方法相耦合。采用这种方法，我们进行了 I 型（拉伸下的矩形板、三点弯曲和四点弯曲）、II 型以及 III 型（面内或面外剪切下的矩形板）模拟。因此，我们研究了基于维里应力、对相互作用数、动能/温度、裂纹速度和裂纹张开位移的多种判据，以识别裂纹扩展的起始。所提出的方法为临界应力强度因子 KIc、KIIc 和 KIIIc 提供了定量合理的结果。本研究表明，Capriccio 方法是一种灵活的断裂模拟手段，它既考虑了实验测试装置中典型的边界条件，又保留了裂纹尖端附近的原子级特异性。在指出 Capriccio 方法当前局限性的同时，我们还展示了其将原子级见解整合到整体尺寸显著更大的 FE 模型中的潜力。
关键词
引用
@article{arxiv.2501.16537,
title = {The Capriccio method as a versatile tool for quantifying the fracture properties of glassy materials under complex loading conditions with chemical specificity},
author = {Felix Weber and Maxime Vassaux and Lukas Laubert and Sebastian Pfaller},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.16537},
year = {2025}
}