Size selection of crack front defects: Multiple fracture-plane interactions and intrinsic lengthscales
本文通过脆性水凝胶实验研究三维裂纹中台阶缺陷的尺寸选择，发现稳定化距离 h_max 随非线性弹性长度 Γ(v)/μ 和耗散长度 ξ 线性变化，为理解多重断裂面相互作用及离面断裂结构形成提供了内禀长度尺度依据。
2024-04-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft nlin.PS
Physical picture for fractures in stratified materials: viscoelastic effects in large cracks
我们提出了一个直观的物理图片裂缝珍珠型层状材料通过缩放参数：断裂周围的应变分布是相当不同的方向和大小的骨折。因此，我们观察到，粘弹性效应是重要的平行骨折。通过最简单的弱交联聚合物粘弹性模型考虑了这些影响。在一定的范围内，我们发现了类似于某些聚合物中的喇叭形裂纹形状，并预测了某些分层材料在这种模式下的断裂能。
2002-12-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Non-constant crack tip opening angle and negligible crack tunneling of brittle fracture in Al: A first-principles prediction
大量的测量结果表明，在现代交通运输业中广泛使用的铝合金在稳定的韧性断裂时，裂纹尖端张开角（CTOA）几乎是恒定的。然而，裂纹前沿尖端的原子结构仍然是未知的。采用第一性原理密度泛函理论研究了单晶铝中裂纹尖端原子的精确排列，计算结果表明，裂纹尖端的CTOA随裂纹尖端张开位移的增加而增加，因此在毫米尺度上观察到的常数CTOA是一个完全塑性的效应.此外，我们没有发现显着的裂纹隧穿（裂纹前端钝化），这可以解释从非常小的放松的Al自由表面。由此获得的原子结构为使用例如有限元方法的更大规模模拟提供了坚实的基础。
2010-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Crack Tip Relaxation Governs Onset of Fracture Instability
动态裂纹将以直线路径行进，直到取决于材料的临界速度，超过该临界速度，其路径变得不规则。预测这种临界速度和发现这种不稳定性的根源是断裂力学中两个突出的问题。我们最近发现了一个简单的缩放模型的基础上，有效的弹性模量，给出了成功的预测这个临界速度的非线性裂纹动力学问题转化为线性弹性表示。我们现在表明，一个简单的原子图片的基础上断键松弛在动态裂纹尖端提供了一个解释的起源的有效弹性模量。
2006-11-09 cond-mat.mtrl-sci
Scaling of Crack Surfaces and Implications on Fracture Mechanics
描述裂纹表面粗糙度发展的标度律被纳入Griffith准则。我们表明，在家庭Vicsek标度的情况下，能量平衡导致一个纯粹的弹性脆性行为。相反，它似乎是一个异常的缩放反映了R-曲线的行为与尺寸效应的临界电阻裂纹扩展与非均质脆性材料表现出微裂纹损伤的断裂过程中的协议。
2000-07-06 cond-mat.mtrl-sci
Phase field study of the effective fracture energy increase during dynamic crack propagation in disordered heterogeneous materials
本文通过相场模型研究异质材料中三维裂纹扩展，发现软夹杂物的分布不均匀性对弹性能影响小，但会显著提高裂纹扩展阈值。
2025-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Estimating Terminal Velocity of Rough Cracks in the Framework of Discrete Fractal Fracture Mechanics
本文首先给出了动态扩展自仿射分形裂纹应力奇异性的阶数。然后，我们表明，总是有一个上限粗糙度，即一个传播分形裂纹达到终端粗糙度。然后，我们研究达到终极速度的现象。假设分形裂纹的扩展是离散的，我们预测其终极速度使用渐近能量平衡参数。特别是，我们表明，极限裂纹速度是一个材料相关的分数相应的瑞利波速度。
2010-04-26 cond-mat.mtrl-sci
In-Plane fracture of laminated fiber reinforced composites with varying fracture resistance: experimental observations and numerical crack propagation simulations
采用变分多尺度内聚方法（VMCM）分析了纤维增强复合材料层合板面内断裂的一系列实验结果。VMCM的结果表明，试样的几何形状和载荷分布的纤维增强板的大规模桥接裂纹的扩展的影响。实验观察到的抗断裂性能的变化是通过比较实验和VMCM的几何缩放的单边缺口三点弯曲（SETB）标本的载荷-位移响应数值证实。结果阐明了这类材料的牵引分离关系的大小依赖性，即使在中等大小的标本，相反的传统理解，它是一种材料的属性。一个“自由桥接区”（不同于传统的“全桥接区”）的存在是公认的，并讨论了其对不断变化的断裂阻力的影响。数值模拟和随后的桥接区演变分析表明，VMCM在客观地模拟渐进裂纹扩展的多功能性，与传统的数值方案，如传统的凝聚力区建模，这需要一个先验知识的裂纹路径。
2015-08-21 cond-mat.mtrl-sci
Cracks and Crazes: On calculating the macroscopic fracture energy of glassy polymers from molecular simulations
我们结合分子动力学模拟的变形在亚微米尺度的连续断裂力学计算裂纹扩展的发病预测的宏观断裂韧性的无定形玻璃态聚合物。在这种多尺度方法中的关键成分是聚合物银纹的弹性性质和银纹原纤维通过链拔出或断裂而失效的应力。我们的研究结果是在定量协议与无量纲比，描述实验聚合物和它们的变化与温度，聚合物长度和聚合物的刚性。
2002-09-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Ductile fracture in functionally graded materials: Insight into crack behavior within the gradient interface
本研究通过数值方法探讨延性功能梯度材料中梯度界面内的裂纹扩展，揭示塑性应变与裂纹模式的关系，并分析入射角与梯度宽度的影响，为设计裂纹止裂行为提供新见解。
2024-12-16 cond-mat.mtrl-sci
Crack Front Segmentation and Facet Coarsening in Mixed-Mode Fracture
当加载有垂直于裂纹平面的拉伸应力（模式I）和平行于裂纹前缘的剪切应力（模式III）时，平面裂纹一般分成形状为倾斜刻面的“子裂纹”阵列。我们调查小平面的传播和粗化使用在准静态混合模式裂纹扩展和相场模拟的不同阶段的断裂表面的原位显微镜观察。结果表明，从传播的平面分段裂纹前缘的分叉是强烈的亚临界，调和以前的线性稳定性分析的理论预测与实验观察。他们进一步表明，刻面粗化是由刻面阵列的空间倍周期不稳定性驱动的自相似过程，其生长速率取决于模式混合度。这些结果对于理解各种材料的失效具有重要意义。
2015-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Size Effect in Fracture: Roughening of Crack Surfaces and Asymptotic Analysis
最近，提出了描述断裂表面粗糙度发展的标度律与裂纹扩展过程中释放的宏观弹性能相关[Mor00]。在此基础上，一个基于能量的渐近分析，允许扩展到名义强度的结构的链接。我们表明，一个家庭Vicsek标度导致线弹性断裂力学的经典尺寸效应。相反，在异常标度的情况下，有一个平滑的过渡，从没有尺寸效应的情况下，小的结构尺寸，幂律尺寸效应，出现弱于线弹性断裂力学的情况下，大尺寸。这一预测得到了木材断裂实验的证实。
2002-01-04 cond-mat.mtrl-sci
Peridynamic modeling of the crack velocity dependence via an incubation time fracture criterion
University of Rostock（罗斯托克大学）；University of Strathclyde（思克莱德大学）
本研究采用近场动力学方法，结合远程应力断裂准则与孵化时间断裂准则，模拟了Ravi-Chandar和Knauss的脆性Homalite-100聚合物板实验，揭示了裂纹扩展速度对瞬时应力强度因子的影响及高速下的微分支现象。
2026-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Observing the crack tip behaviour at the nanoscale during fracture of ceramics
本研究通过透射电镜原位观察陶瓷裂纹尖端纳米尺度行为，发现相变增韧机制在纳米层面促进裂纹偏转，将断裂抗力提高约50%，连接了原子与连续介质断裂视角。
2024-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Predicting Fracture Energies and Crack-Tip Fields of Soft Tough Materials
包括弹性体和凝胶的软材料在生物系统和技术应用中普遍存在。尽管已知软材料的固有断裂能相对较低，但对固有断裂能如何与工艺区中的机械耗散协作以赋予软材料高断裂韧性还不很清楚。此外，软韧材料的断裂能和裂尖应变场的预测也是一个挑战。在这里，我们报告了一个缩放理论，占内在的断裂能和耗散的增韧软材料的协同效应。然后，我们开发了一个耦合的粘性区和Mullins效应模型能够定量预测断裂能的软韧性材料和大变形下的软材料裂纹尖端周围的应变场。通过软韧材料大变形断裂实验，定量验证了理论和模型的正确性。提出了一种通用的韧化图，可用于指导新型软韧材料的设计。
2015-06-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Effective toughness of heterogeneous materials with rate-dependent fracture energy
我们研究动态断裂的非均匀材料实验通过测量位移场的破裂传播通过一个周期性阵列的障碍物的控制断裂能。我们的测量结果表明，经典的运动方程的裂纹在断裂能的不连续性的适用性：裂纹速度跳跃在入口和出口的障碍，预测的裂纹尖端的能量平衡内的脆性断裂框架。速度跳跃幅度由断裂能对比度和断裂能的速率依赖性和介质的惯性的组合决定，这允许裂纹以恒定的能量释放速率穿过断裂能不连续性。这种不连续的动力学和速率依赖性导致更高的有效韧性，这决定了这些裂纹的粗晶行为。
2021-06-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Hydrogen-induced fast fracture in a 1.5 GPa dual-phase steel
本研究通过实验揭示1.5 GPa双相钢在氢预充下的氢脆机制，提出氢致快速断裂模型，阐明氢扩散与裂纹速度对脆性断裂的协同作用。
2025-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Formal Considerations about Fracture: Nucleation and Growth
在本文中，我们将回答几个抽象的，正式的问题，裂纹扩展和成核的性质。把场论的观点带到断裂中来，以我希望会是一种有趣的方式照亮了事情。形式上，裂纹形核率是多少？断裂是弹性理论中受拉状态下的一种不稳定性。对于热形核裂纹，与过冷液体类似。在这里，裂纹成核速率可以被认为是自由能的虚部-给出亚稳态拉伸材料的衰减速率。作为一个有趣的结果，我们可以正式计算高阶非线性弹性系数的渐近形式，并明确表明弹性理论的收敛半径为零。从形式上讲，我们能否从对称性导出裂纹扩展规律？混合型三维断裂可以描述为一条在空间中运动的曲线，用局部裂纹面的描述来修饰，并由沿裂纹方向的应力强度因子驱动。强加的对称性给我们的形式的裂纹扩展法律在两个维度上，解释了（众所周知的）事实，即裂纹剪切（模式II）突然转向，直到应力成为纯粹的拉伸（模式I）。将推导出三维裂纹扩展规律的形式，并简要总结了与工厂屋顶形态有关的混合型断裂的线性稳定性分析。
2001-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Determination of fracture toughness of thin-film amorphous silicon using spiral crack structures
我们用液相聚硅烷沉积法在玻璃衬底上制备了非晶硅薄膜。拉曼散射提供了证据，在硅中的残余拉伸应力，这是定量评估。在氢氟酸处理下，这种应力导致硅中的螺旋裂纹。我们解释了裂纹形成的过程，并研究这一现象的分析和数值，后者与有限元法（FEM）。根据Griffith准则，有限元法给出了螺旋裂纹的几何修正系数。这使得首次可以确定非晶硅的断裂韧性，与晶体硅相比，其断裂韧性大大增强。
2019-08-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Crack-path selection in phase-field models for brittle fracture
这项工作提出了一个关键的概述模型制定的不同方面的影响，在准静态相场断裂裂纹路径选择。我们考虑不同的演化方法，力学公式，断裂耗散能公式，和形式的不可逆性条件。不同的模型变体是通过基于FFT的求解器，基于相场和力学子问题的交错求解的常用数值方法来实现的。这些方法将标准方法与新的元素混合在一起，例如使用相场子问题的有界约束共轭梯度和近平衡演化的启发式方法。我们研究了简单模型系统和随机异质杨氏模量的微观结构模型变量之间的裂纹路径的差异。我们的研究结果表明，近平衡演化方法是更好的准静态断裂的异质微结构相比，最小化和时间相关的方法。在检查力学公式，我们发现显着的影响，裂纹驱动力和接触模型隐含在相场断裂。我们的研究结果有利于使用应变谱分解的裂纹驱动力，但不是接触模型。不可逆条件和断裂耗散能公式也被发现影响裂纹路径的选择，但系统的影响是很难推断出由于整体的敏感性裂纹选择内的非均匀微观结构。我们的研究结果支持使用的AT1模型的AT2模型和不可逆的相场内的裂纹集，而不是整个域。通过降低裂纹宽度参数$\ell$（相对于随机微结构的尺寸尺度），降低了对配方中这些差异的敏感性，但并未消除。
2022-03-30 cond-mat.mtrl-sci
The Breakdown of Linear Elastic Fracture Mechanics near the Tip of a Rapid Crack
我们提出了高分辨率测量的位移和应变场附近的动态（模式I）裂纹尖端。实验进行聚丙烯酰胺凝胶，脆性弹性体的断裂动力学镜那些典型的脆性无定形材料。在很宽的传播速度（$0.2-0.8c_s$）范围内，我们比较线弹性断裂力学（LEFM）测得的近端场。我们发现，足够接近的尖端，测得的应力强度因子似乎是非唯一的，裂纹尖端显着偏离其预测的抛物线形式，和尖端前的应变更奇异的比LEFM预测的$r^{-1/2}$发散。这些结果显示了当接近裂纹尖端时，LEFM如何分解。
2008-10-07 cond-mat.mtrl-sci
On the complementary roles of anisotropic crack density and anisotropic crack driving force in phase-field modeling of mixed-mode fracture
School of Mechanical Engineering, Changwon National University（昌原国立大学机械工程学院）；Department of Smart Shipbuilding Systems, Mokpo National University（木浦国立大学智能造船系统系）
本文研究了各向异性裂纹密度函数和各向异性应变能在此建模中的互补作用，通过实验和参数研究验证了其对裂纹路径和断裂韧性的影响，揭示了两者协同作用的非线性效应。
2026-04-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft math.DS
Quasistatic fracture evolution
发展了相互作用裂纹的非局部准静态断裂演化，并给出了支持的数值例子。该方法是隐式的，基于局部平稳性和不动点方法。它被证明，断裂演化减少存储的弹性能量与每个负载步骤的裂纹前进，提供的负载增量被选择足够小。这在数值示例中也可以看到。数值算例包括一个直裂纹、一个L形裂纹扩展和两个向内扩展的裂纹。
2023-01-15 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.AP
Engineered Defects to Modulate Fracture Strength of Single Layer MoS2: An Atomistic Study
我们使用经典的分子动力学（MD）模拟研究预裂纹，纳米多孔单层二硫化钼（SLMoS2）的力学性能和裂纹和孔之间的相互作用的影响。我们发现，预裂纹和纳米多孔SLMoS2的失效是以脆性断裂为主。扶手椅方向的粘结比锯齿方向的粘结具有更强的抗裂纹扩展能力。我们将Griffith预测的脆性失效与MD断裂强度和韧性进行了比较，发现在纳米裂纹和孔隙的情况下，Griffith准则对SLMoS2的适用性受到限制。接下来，我们证明了预开裂SLMoS2的机械性能可以通过对称放置的孔和辅助裂纹周围的中心裂纹和位置，可以优化这种安排的强度的最大增强。这样的研究将有助于基于应变工程的SLMoS2和其他类似的过渡金属二硫属化物的先进设计。
2020-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Fracture Diodes: Directional asymmetry of fracture toughness
韧性描述了材料抵抗断裂或裂纹扩展的能力。这里证明了材料的断裂韧性可以是不对称的，即，介质对从右向左传播的裂纹的阻力可以显著不同于对从左向右传播的裂纹的阻力。这种不对称性在天然材料中是未知的，但我们表明，它可以通过适当的控制微观结构构建到人造材料中。这为控制裂纹路径和方向铺平了道路，在不可避免的情况下，可以通过预先设计的路径引导断裂，以最大限度地减少关键部件的损失。
2021-10-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Analytical Expression for Fracture Profile in Viscoelastic Crack Propagation
The University of Osaka（大阪大学）；ZEN University（ZEN大学）；The University of Tokyo（东京大学）
本文推导了粘弹性裂纹传播中裂纹轮廓的解析表达式，并基于连续力学基础建立了de Gennes的粘弹性喇叭模型。
2025-12-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A thermo-mechanical phase-field fracture model: application to hot cracking simulations in additive manufacturing
热断裂在许多工程问题中普遍存在，并且是金属增材制造中最具破坏性的缺陷之一。由于所涉及的交互式基础物理，这样的过程的计算模拟是具有挑战性的。在这项工作中，我们提出了一个热机械相场断裂模型，这是基于一个物理上一致的推导。不同的耦合项，如损伤通知热力学和热传导和温度依赖性断裂性能，以及不同的相场断裂配方的影响，进行了讨论。最后，将该模型应用于有限元方法中，并应用于增材制造热裂纹的模拟。从而不仅考虑了热应变，而且考虑了凝固收缩。至于热历史，各种预测的热剖面，包括解析解和数值热温度分布周围的熔化池，被认为是，而后者包括不同的工艺参数的影响。研究表明，凝固收缩应变是环向裂纹形成的主要原因，而温度梯度是中心裂纹形成的主要原因。工艺参数研究进一步表明，较高的激光功率和较慢的扫描速度有利于小孔型热裂纹的形成，而较低的激光功率和较快的扫描速度则有利于传导型热裂纹的形成。热裂纹模式的数值预测与类似的实验观察结果吻合良好，表明该模型的进一步研究的能力。
2022-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Phase-Field Modeling of Fracture under Compression and Confinement in Anisotropic Geomaterials
本文提出一种适用于强各向异性地质材料的相场断裂模型，通过引入各向异性断裂功、有效损伤响应和正则化裂纹法向场，准确预测压缩与围压条件下的裂纹扩展模式，并在层状试样和页岩实验中验证了其有效性。
2024-12-31 cond-mat.mtrl-sci math.AP
Phase-field modeling of fracture in heterogeneous materials -- jump conditions, convergence and crack propagation
在这方面的贡献，一个变分扩散模型框架的非均匀介质中的裂纹。一个静态的序参量平滑地桥接了材料界面处的不连续性，而一个不断发展的相场捕获了正则化的裂纹。关键的新颖性是应变能分裂与扩散界面附近的部分秩-I松弛的组合。前者是必要的，以考虑物理意义的裂纹运动学，如裂纹闭合，后者确保整个扩散区域的机械跳跃条件。收敛性研究验证了该模型，其中一个圆形的双材料盘与无裂纹进行径向载荷。对于无裂纹的情况，采用解析解作为参考。在第二步中，该模型被应用到裂纹扩展，其中观察到裂纹分支的有意义的影响，强调了一个合理的均匀化方案的必要性。所提出的模型是特别相关的组合的任何变化的应变能分裂的断裂相场模型与材料的非均匀性的扩散建模方法。
2020-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Revisiting the problem of a crack impinging on an interface: a modeling framework for the interaction between the phase field approach for brittle fracture and the interface cohesive zone model
由于裂纹在固体力学和物理学中的重要作用，近三十年来，人们对裂纹撞击界面问题进行了深入的研究。在这项调查中，这个问题是重新考虑的脆性断裂相场方法的最新进展。在这方面，一种新的配方相结合的方法建模脆性断裂的散装和一个凝聚力区模型预先存在的粘合剂界面，本文提出了调查之间的竞争裂纹穿透和偏转的接口。该模型，使用单片全隐式的解决方案的有限元方法框架内实施，应用于提供进一步了解模型参数对上述竞争的作用。特别是，在这项研究中，断裂韧性比之间的界面和相邻的散装和耗散模型的特征长度尺度的作用进行了分析。在脆性界面的情况下，裂纹穿透，单偏转或双偏转的线弹性断裂力学准则的基础上的渐近预测完全捕获本方法。此外，通过增加沿界面的处理区的大小，或通过改变相场模型的内部长度尺度，新的复杂现象正在出现，如同时裂纹穿透和偏转以及从单个裂纹穿透到偏转和穿透的过渡，随后分支到本体中。
2017-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Instability in dynamic fracture and the failure of the classical theory of cracks
裂纹是材料破坏的主要载体，在脆性材料中倾向于加速到高速度。在三维空间中，裂纹一般在其音速极限速度的40%左右发生微分支不稳定性。最近的实验表明，在足够薄的系统中，裂纹前所未有地加速到接近其极限速度而没有微分支，直到它们经历振荡不稳定性。尽管动态断裂不稳定性具有根本的重要性，并且与凝聚态物理和材料科学中的其他不稳定性有明显的相似之处，但人们对它们的了解仍然很少。经典的裂纹理论并没有描述它们，经典的裂纹理论假设在受压材料内部线性弹性是有效的，并使用一个无关的局部对称性准则来预测裂纹路径。在这里，我们开发了一个二维动态脆性断裂模型，能够预测任意路径的超高速裂纹的弹性非线性的存在下，没有额外的标准。我们表明，通过大量的计算，裂纹进行动态振荡不稳定性控制的小尺度弹性非线性裂纹尖端附近。这种不稳定性发生在超高临界速度之上，并且具有与断裂能与弹性模量的比率成比例地增加的固有波长，与实验定量一致。这个比例出现作为一个基本的缩放长度假设发挥不了作用，在经典理论的裂纹，但在这里强烈影响裂纹动力学。这些结果为解决材料失效中其他长期存在的难题铺平了道路。
2017-07-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Role of surface waves on the relation between crack speed and the work of fracture
我们表明，断裂工作的尖端的一个前进的平面裂纹的表面声子发射强烈减少，导致禁止的范围内的裂纹速度。发射可以解释通过色散的群速度，瑞利和洛夫分支以及其他高频分支的表面波色散关系的贡献。我们还表明，能量释放率，进入格里菲斯标准的裂纹前进可以描述为产品的连续溶液的功能，只依赖于晶格的几何形状和描述的晶格上的声子发射的影响。使用一种新的有限元模型进行模拟，用于模拟弹性和断裂。该模型，建立允许快速和非常大的三维模拟，适用于二维样品的简化情况。
2002-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Adaptive Mesh Coarsening for Efficient Phase-Field Fracture Simulations
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；Vanderbilt University（范德堡大学）
本文提出一种结合自适应细化的网格粗化框架，通过粗裂纹带替换裂纹尾迹并基于材料强度面违反的物理指示器，实现仅细化裂纹尖端附近区域，从而大幅提升相场断裂模拟效率。
2026-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Quantitative prediction of the fracture toughness of amorphous carbon from atomic-scale simulations
断裂是非晶碳（a-C）薄膜失效的根本原因，然而通过纳米压痕测试来测量a-C薄膜的断裂特性具有挑战性，并且已有的实验结果并不一致。在这里，我们使用原子尺度的模拟，使定量和力学预测断裂的a-C。系统的大规模K场控制的原子尺度模拟裂纹扩展进行的a-C样品的密度为$ρ=2.5, \, 3.0 \, \text{ and } 3.5~\text{g/cm}^{3}$的液体淬火产生的淬火速率范围$\dot{T}_q = 10 - 1000~\text{K/ps}$。模拟结果表明，裂纹通过孔洞的形核、长大和合并而扩展。成核空隙之间的$ \approx 1\, \text{nm}$距离导致类似脆性的断裂韧性。我们使用Drugan，Rice \& Sham提出的裂纹扩展准则来估计基于我们的短裂纹长度断裂模拟的稳态断裂韧性。断裂韧性值的$2.4-6.0\,\text{MPa}\sqrt{\text{m}}$的启动和$3-10\,\text{MPa}\sqrt{\text{m}}$的稳态裂纹扩展的实验报告的范围内。这些研究结果表明，原子尺度的模拟可以提供定量的预测结果，即使是韧性裂纹扩展机制的材料断裂。
2020-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Fractoluminescence characterization of the energy dissipated during fast fracture of glass
对两种硅酸盐玻璃进行了断裂发光实验。动态断裂过程中收集的所有光谱揭示了黑体辐射行为，这被解释为裂纹尖端附近的裂纹速度依赖的温度上升。裂纹速度估计为1300 m.s $^{-1}$的顺序和断裂过程区被证明是在几个纳米范围内延伸。
2012-06-30 cond-mat.mtrl-sci
The possibility to predict crack patterns on dynamic fracture
对Slepyan提出的远离平衡动态断裂的最大能量耗散原理进行了修正。这种修改包括通过增加时间延迟和耗散模式产生的耐用性的描述注入和耗散能量之间的解耦。推导了时滞能量守恒方程，并以类似于Slepyan计算的方法得到了描述动力学系统演化的动力学方程。通过分岔映射给出了系统失稳过程发生的条件。这些结果表明，所提出的理论框架可以描述的不稳定性过程中，随着耗散模式的形成。这一建议被应用到动态断裂，它是可能的解释Fineberg-Gross获得的结果为快速裂纹扩展在PMMA。对于不稳定的或动态的裂纹扩展，它示出的可能性来预测裂纹图案使用此MEDP为其他实验配置。
2016-03-01 cond-mat.mtrl-sci nlin.CD
Crosslinking degree variations enable programming and controlling soft fracture via sideways cracking
本研究通过实验和相场模拟发现，增加交联度可增强软材料侧向开裂倾向，并利用低/高交联复合结构实现断裂的程序化控制，提升断裂韧性。
2024-07-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Non-Equilibrium Nature of Fracture Determines the Crack Paths
该研究开发了高保真神经网络力场NN-F$^{3}$，模拟二维晶体断裂，发现断裂阻力需由中间未松弛态的能量密度等度量，而非松弛边缘能量密度。
2023-07-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Adaptation of the tapered double cantilever beam test for the measurement of fracture energy and its variations with crack speed
在这项工作中，我们提出了一个新的测试几何形状的设计灵感来自于锥形双悬臂梁（TDCB）的标本，这表明提供了一个改进的表征脆性固体的断裂性能。首先，我们表明，我们的新设计的结果在一个指数增加的试样符合裂纹长度，导致在测试过程中一个非常稳定的裂纹扩展。我们确定了这种行为的分析描述，它提供了一个简单的程序来提取断裂能，而不依赖于有限元计算。对聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）样本进行确认测试。我们使用有限元模拟和我们的分析模型来解释数据。我们发现这两种方法确定的韧性之间有很好的一致性。在我们改进的TDCB试样中，裂纹扩展的稳定性导致裂纹速度的精确控制。利用这一特征进一步表征了韧性随裂纹速度的变化。我们提出了一个原始的优化程序，用于确定表征韧性率依赖性的动力学定律的材料参数。总的来说，所提出的方法与新设计的测试几何形状一起为脆性材料（如岩石、砂岩、砂浆等）的断裂行为的全面和准确表征提供了前所未有的可能性。
2021-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Ductility mechanisms in complex concentrated refractory alloys from atomistic fracture simulations
通过原子尺度断裂模拟，发现复杂浓缩难熔合金的延性受成分复杂性影响，NbMoTaW促进位错成核，Nb45Ta25Ti15Hf15通过位错积累提高抗裂性。
2025-02-25 cond-mat.mtrl-sci
A possible link between brittle and ductile failure by viewing fracture as a topological defect
一个连续模型的断裂，描述，在原则上，传播和相互作用的任意分布的裂纹和空隙不断发展的拓扑结构，没有断裂准则。它涉及到裂纹尖端的“运动定律”，主要是作为与热力学相结合的运动学结果。基本运动学赋予裂纹尖端拓扑电荷。这使得协会的运动学守恒定律的电荷，导致在一个基本的演化方程的裂纹尖端场，并反过来裂纹场。矢量裂纹场以物理上合理的各向异性方式降低弹性模量。该守恒定律的数学结构允许在裂纹场的演化中添加标量场的“自由”梯度。我们将这种自然出现的标量场与韧性破坏建模中出现的孔隙度相关联。因此，孔隙率梯度影响裂纹场的演化，然后自然地降低弹性模量，并且正是通过这种基本机制，孔隙率增长中的空间梯度影响材料的应变-能量密度和应力承载能力，并且作为与基本运动学相关的尺寸结果，在模型中引入长度尺度。本工作的关键假设是，脆性断裂是能量驱动的，而韧性断裂是应力驱动的，在总的剪切载荷下，平均应力为零或压缩，剪切应变能仍然可以驱动剪切断裂韧性材料。
2020-04-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Recent developments in dynamic fracture: Some perspectives
我们简要回顾了一些重要的动态断裂领域的最新实验和理论发展。主题包括直线拉伸裂纹的运动方程的实验验证（在无限介质和带状几何形状），验证了一个新的理论描述的近端领域的动态裂纹将弱弹性非线性，一个新的理解动态不稳定性的拉伸裂纹在二维和三维，裂纹前沿动态，摩擦运动和动态剪切裂纹之间的关系。最后对今后的相关研究方向进行了简要的讨论。
2015-07-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.geo-ph
The Competing Effect of Initial Crack Depth Versus Chemical Strengthening Parameters on Apparent Fracture Toughness of Sodium Aluminosilicate Glass
钠铝硅酸盐玻璃由于其机械和光学性能（透明性、介电性等）而在许多工程应用中得到广泛使用，近年来变得普遍。然而，玻璃是一种脆性材料，具有其脆弱性，易于断裂。诸如热处理（热回火）或通过离子交换的化学强化等工艺已被用于在玻璃上产生残余应力分布，以提高其断裂强度。然而，故障仍然发生，这大多是灾难性的，维修费用昂贵。因此，理解、预测并最终提高化学强化玻璃的抗损坏或抗断裂性对于设计在保持其透明度的同时更坚固的新玻璃非常重要。在这项研究中，使用碳化硅颗粒爆炸加环上环（RoR）测试方法的玻璃残余应力参数，如压缩应力（CS），压缩层深度（DOL），和中心张力（CT）与表观（有效）断裂韧性不同的裂纹深度之间的关系进行了研究。结果还表明，通过化学强化提高玻璃的抗断裂性需要CS、DOL和CT的适当组合，这特别取决于初始/存在的裂纹（瑕疵）深度。据确定，对于涉及引入浅裂纹深度的损伤事件，在表观断裂韧性方面，最佳抗断裂性的标准更倾向于高CS，而不是深DOL，而对于深缺陷损伤事件，它更倾向于深DOL，而不是高CS。这些结果为工程应用中设计更坚固的玻璃提供了有价值的信息。
2020-12-08 cond-mat.mtrl-sci
Phase-Field Finite Deformation Fracture with an Effective Energy for Regularized Crack Face Contact
相场模型是求解实际断裂问题的主要方法。他们将裂纹视为第二阶段，并使用梯度项涂抹出裂纹面，从而能够使用标准数值方法进行模拟。这种正则化导致裂纹占据参考文献中的有限体积，并导致无法适当地模拟裂纹面的闭合或接触（没有愈合）。具体地说，经典的理想化裂纹面力是剪切分量为零，当裂纹张开时法向分量为零，当裂纹闭合时与完整材料相同。相场断裂模型不复制这种行为。这项工作解决了这个缺点，通过引入一个有效的裂纹能量密度，赋予正则化（有限体积）相场裂纹与理想化的尖锐裂纹的有效属性。该方法是基于应用QR（上三角形）分解的变形梯度张量的基础上的裂纹，使一个透明的裂纹变形模式的识别。然后，通过在不消耗能量的那些模式上松弛，获得当裂纹面闭合时具有完整响应并且当裂纹面打开时具有零能量的有效能量。这种方法的一个亮点是，它完全位于有限变形的设置，使潜在的应用软材料和其他设置与大变形或旋转。该模型被应用于数值研究代表性的复杂载荷，包括（1）循环加载在一个软固体中的一个空腔，显示在复杂的应力状态下的裂纹的生长和闭合;和（2）循环剪切，显示由裂纹的闭合驱动的裂纹分支的复杂模式。
2022-06-30 cond-mat.mtrl-sci math.AP
Desiccation and Relaxation Regimes in Fracture of Drying Clay Films
本文研究了不同厚度锂皂石薄膜的裂纹形态。观察到两种开裂方式。早期具有较高的干燥和收缩率的裂纹网络中主要有四重顶点，而后者的制度有较少的体积收缩，并形成主要的三重顶点。在粗粒化条件下，模式表现出自相似性。裂纹覆盖面积与最小裂纹宽度的关系图与薄膜厚度成比例。因此，可以使表示不同厚度的裂纹面积的曲线塌陷到单个曲线上。
2005-04-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Influence of fracture criteria on dynamic fracture propagation in a discrete chain
在这项工作中，时间相关的断裂准则影响断裂的离散结构中的动态行为的程度进行了讨论。研究了半无限各向同性振子链的最简单情况。两个历史依赖的标准相比，线性债券的阈值伸长率的经典之一。结果表明，在低亚音速裂纹速度范围内，根据经典准则是不可能达到稳态区域的。详细解释了载荷和裂纹张开度与速度的关系。在低亚音速裂纹速度，特别是在可实现的稳态传播制度的历史依赖的标准观察到一个强大的定性影响。
2017-10-23 cond-mat.mtrl-sci
A crack-length control technique for phase field fracture in FFT homogenization
本文提出一种用于微观力学相场断裂模拟的裂纹长度控制方法，通过施加裂纹长度单调递增并采用整体式实现，解决了不稳定扩展阶段的收敛与跳跃问题，并在FFT和有限元求解器中验证了其等价性与有效性。
2024-12-23 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
Geometry-Dependent Crack Interaction and Toughening in Graphene
Pukyong National University（釜庆国立大学）；Korea Advanced Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）；Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)（坎皮纳斯州立大学）
研究通过计算模拟探讨了石墨烯中平行裂纹的裂纹宽度和裂纹间距耦合效应，发现增大裂纹宽度会增强机械性能对裂纹间距的敏感性，从而显著提高峰值应力、断裂应变和韧性，提出了裂纹几何设计图以识别裂纹凝聚、独立传播和增强韧性区域。
2026-05-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Breaking better: How imperfections increase fracture resistance in architected lattices
本研究通过引入孤立缺失支柱形式的可控局部缺陷，结合力学测试与DIC技术，发现其虽不改变裂纹起始位置或峰值载荷，但能通过曲折裂纹路径或裂纹桥接提高脆性晶格试样的失效功，揭示了缺陷增强抗断裂性的机制。
2025-08-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Dual Role for Heterogeneity in Dynamic Fracture
本研究通过时空扰动分析异质动态断裂问题，推导出二阶精度的裂纹前沿运动方程，揭示了异质性在断裂中既可能增韧又可能促进断裂的双重作用。
2025-09-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Phase Field Modeling of Chemomechanical Fracture of Intercalation Electrodes: Role of Charging Rate and Dimensionality
我们研究了断裂的锂离子电池阴极颗粒，使用一个philically一致的相场方法，可以描述任意复杂的裂纹路径，并捕获锂离子扩散，应力和断裂之间的充分耦合。建立在早期的研究，介绍了电化学冲击的概念，我们使用这种方法来量化稳定或不稳定的裂纹扩展，缺陷尺寸和C-速率的2D磁盘和3D球形颗粒之间的关系。我们发现，在一个中间范围内的缺陷尺寸，裂纹扩展的临界缺陷尺寸取决于充电率作为一个近似的幂律，我们推导出解析。这种比例律在2D中通过详尽的模拟进行量化，并且也得到3D模拟的支持。此外，我们的研究结果揭示了2D和3D几何形状之间的显着差异。在2D中，裂纹以直线方式在颗粒内部深处传播，而在3D中，它们在表面上沿周边传播并分叉成子裂纹，从而限制向内渗透并产生复杂的裂纹几何形状。
2019-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Crack Growth Laws from Symmetry
回顾与Jennifer Hodgdon合作完成的工作，我们推导出混合模式三维断裂对称性允许的最一般的裂纹扩展定律。我们使用凝聚态物理中开发的系统来推导在长尺度和时间尺度上出现的新定律。在我们的推导中，我们提供了一个对称性解释的三种模式的断裂，我们重新推导的法律给出的裂纹扩展方向在二维断裂，我们推导出一个增长规律适合于三维模拟。我们简要地讨论了相关的工作之后，我们的，纳入无序，动力学，和其他内部变量。
2002-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Fracture Roughness Scaling: a case study on planar cracks
使用多分辨率技术，我们分析了两个烧结有机玻璃板之间缓慢移动的大面内断裂前缘。我们发现，前面的粗糙度表现出两个不同的制度分开的交叉长度尺度$δ^*$。在$δ^*$下，我们观察到多仿射区域，并且测量的粗糙度指数$ζ_{\parallel}^{-} = 0.60\pm 0.05$与聚结模型一致。在$δ^*$之上，锋是单仿射的，其特征在于粗糙度指数$ζ_{\parallel}^{+} = 0.35\pm0.05$，与波动线模型一致。我们将交叉长度尺度与断裂韧性和应力强度因子的波动联系起来。
2010-07-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Fracture resistance of zigzag single walled carbon nanotubes
脆性断裂是单壁碳纳米管在机械载荷作用下的重要失效模式之一。在本文中，锯齿形单壁碳纳米管与预先存在的缺陷的断裂阻力计算断裂力学概念的基础上原子模拟。在有限温度下的不稳定裂纹生长的问题，大概是由晶格捕获效应引起的，是通过计算应变能释放率通过一系列的单壁碳纳米管的位移控制的拉伸载荷（通过移动原子的最外层在一端以恒定的应变速率9.4x10-4/ps）预先存在的各种长度的裂纹状缺陷。应变能释放率，G，计算为（17，0），（28，0）和（35，0）单壁碳纳米管（每个纵横比为4）与预先存在的裂纹长达29.5微米。在三种不同温度（1 K、300 K和500 K）下，将断裂阻力Gc确定为每个管的裂纹长度的函数。观察到Gc对裂纹长度的显著依赖性，这让人联想到宏观尺度下金属的R曲线上升行为：对于锯齿形纳米管，Gc在小长度下随裂纹长度增加，并且如果管直径足够大，则趋于达到恒定值。我们推测晶格陷阱效应在原子尺度上起着裂尖塑性的作用。例如，在300开尔文，当裂纹长度超过20埃时，纵横比为4的（35，0）管的Gc收敛到6焦耳/m2。该值与石墨和硅的断裂韧性相当。随着温度的升高，管的抗断裂性能显著降低。为了研究长度效应，重复计算具有相同的三个手性，但纵横比为8的锯齿形纳米管在1 K。
2015-08-10 cond-mat.mtrl-sci
