快速断裂动力学：不稳定性、非线性和长度尺度

材料和界面的失效由裂纹介导，裂纹是近乎奇异的耗散结构，其传播速度接近声速。裂纹萌生及其随后的传播——即断裂的动态过程——耦合了广泛的时间和长度尺度。裂纹动力学挑战了我们对在材料失效发生的近乎奇异区域内的极端条件下发生的基础物理过程的理解。在此，我们首先简要回顾动态断裂的经典方法“线弹性断裂力学”(LEFM)，并讨论其成功与局限。我们表明，一方面，近期在软脆性材料中进行的直裂纹传播实验以前所未有的精度定量证实了该理论的预测。另一方面，这些实验显示，当接近裂纹尖端的奇异区域时，LEFM 会失效。这种失效自然引出了一个新的理论框架，称为“弱非线性断裂力学”，其中引入了弱弹性非线性。该理论预测的更强奇异性产生了一个新的内禀长度尺度 $\ell_{nl}$。这些预测通过直接测量得到了详细验证。随后，我们从理论和实验上回顾了 $\ell_{nl}$ 的出现如何与一个新的裂纹运动方程相关联，该方程预测了一种高速振荡裂纹不稳定性的存在，其波长由 $\ell_{nl}$ 决定。最后，我们阐述了该领域尚未解决的挑战。