Statistics of acoustic emission in paper fracture: precursors and criticality
我们提出了统计分析的声发射（AE）数据从纸张上的拉伸实验，加载模式I，与应变控制下的样品破裂。结果是基于100个无缺口样品和70个具有长初始边缘缺口的样品的实验。首先，AE能量释放和AE事件率被认为是两种情况下，测试的“临界点”的存在下，在骨折。对于AE能量，没有发现明确的签名，而主要的发现是，当接近最大事件率的样本依赖的“临界时间”时，事件率发散。这发生在达到最大应力之后。结果与非均匀材料的统计断裂模型进行了比较。我们还讨论了AE能量和事件间隔分布对平均事件率的依赖性。
2010-02-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Fracture of disordered solids in compression as a critical phenomenon: I. Statistical mechanics formalism
这是将断裂局部化视为一种临界现象的三篇系列文章中的第一篇。这第一篇文章建立了一个统计力学的基础上合奏平均时，波动通过时间发挥没有作用，在定义合奏。系综是通过将一个巨大的岩石样品分成许多介观体积来获得的。由于岩石是内聚接触中颗粒的无序集合，因此我们预计，一旦施加剪切应变并且裂纹开始到达系统中，介观体积将具有不同裂纹状态的广泛分布。这些介观体积是我们的合奏团的成员。我们确定的概率观察到一个介观体积是在一个给定的裂纹状态，通过最大化香农的措施的紧急裂纹无序的约束来自脆性断裂的能量平衡。得到了该类裂解体系的热力学热力学定律、配分函数和温度的定量化。
2002-09-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Size effects in micro and nanoscale materials fracture
微米和纳米材料具有显著的机械性能，例如增强的强度和韧性，但通常显示样品到样品的波动和非平凡的尺寸效应，这对工程应用来说是一个麻烦，对科学来说是一个有趣的问题。在过去的几年里，由于越来越多的碳基纳米材料（如石墨烯碳纳米管）以及结晶和非晶微/纳米柱和微/纳米线的实验测量，我们对小尺度材料中尺寸效应的理解有了相当大的进展。与此同时，计算能力的提高使得原子模拟能够达到实验相关的样本量。从理论的角度来看，实验和计算数据的标准分析和解释依赖于几十年前为宏观样本开发的传统极值理论，最近的工作扩展了原始理论的一些限制性假设。在这篇综述中，我们讨论了最近的实验和数值文献的微观和纳米尺度的断裂尺寸效应，说明现有的理论指出其优点和局限性，最后提供了一个教程，从微观和纳米尺度样品的断裂数据分析。我们讨论了广泛的材料，但同时提供了一个统一的理论框架，应该有助于材料科学家在微观和纳米力学工作。
2022-06-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
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
The fracture toughness of molybdenum at different grain sizes under and since brittle-ductile transition: computer modeling and experiment
本文通过位错动力学模拟与实验研究钼的断裂韧性，发现脆韧转变后韧性急剧增长发生在晶粒尺寸约等于塑性区尺寸时，并揭示晶界改变位错分布从而提高断裂韧性的机制。
2025-07-18 cond-mat.mtrl-sci
Athermal Fracture of Elastic Networks: How Rigidity Challenges the Unavoidable Size-Induced Brittleness
通过对前所未有的大系统尺寸进行广泛的模拟，我们揭示了刚性如何影响无序材料的断裂。我们观察到最大的破坏网络的连接接近均衡点，当破裂阈值很小。然而，无论网络和弹簧性能，一个更脆的断裂时，观察到增加系统的大小。与大多数裂缝描述符不同的是，最大应力降（脆性的代理）显示出对系统尺寸的普遍非单调依赖性。根据这种不常见的趋势，有可能确定脆性开始的特征系统尺寸$L^*$。网络连通性或弹簧阈值越紊乱，则$L^*$越大。最后，我们推测这种尺寸引起的脆性是如何受到热波动的影响。
2019-11-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Gradient-enhanced statistical analysis of cleavage fracture
我们提出了一个脆性断裂的概率框架，建立在威布尔统计和应变梯度塑性。本构响应由基于机制的应变梯度塑性理论给出，旨在通过考虑塑性应变梯度在提升裂纹前局部强化中的作用来准确表征裂纹尖端应力。它示出的梯度的塑性应变提高威布尔应力和故障的概率为一个给定的选择的阈值应力和威布尔参数。提出的统计框架是用来估计在铁素体钢的温度故障概率。该框架有能力估计三个统计参数存在于威布尔型模型，而无需任何事先假设。对实验数据的校准表明，应变梯度塑性和传统的J2塑性获得的值的重要差异。此外，局部概率图表明，潜在的损伤萌生点更接近裂纹尖端的情况下，梯度增强塑性。最后，通过计算随温度升高的解理阻力曲线，研究了整个韧脆区的断裂响应。梯度塑性预测似乎显示出更好的协议与实验。
2019-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Characterization of Marcellus Shale Fracture Properties through Size Effect Tests and Computations
页岩类岩石的力学特性需要了解测量特性的比例，以便能够从小规模实验室测试外推到现场研究。本文分析了Marcellus页岩的尺寸效应，并通过尺寸效应试验获得了其断裂特性。对尺寸逐渐增大的三点弯曲（TPB）试件进行了大量的断裂试验。试验结果表明，名义强度随试件尺寸的增大而减小，并能很好地用Bazant尺寸效应定律（SEL）拟合。结果表明，SEL占试样尺寸和几何形状的影响，允许准确识别材料的初始断裂能，Gf，和有效的断裂过程区（FPZ）长度，参见。所得到的断裂性能进行了验证，使用标准的有限元技术与凝聚力模型的研究标本的数值模拟。观察到显着的各向异性的断裂性能确定在三个主要的缺口方向：避雷器，分频器，和短横向。讨论了所测结构强度和表观断裂韧性的尺寸效应。无论是基于强度的准则，忽略尺寸效应，也不是经典的LEFM，不考虑FPZ的有限性可以预测报告的尺寸效应数据，和准脆性类型的非线性断裂力学，而不是适用。
2017-10-19 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Meso-scale modelling of the size effect on the fracture process zone of concrete
用细观方法分析了混凝土梁缺口和无缺口三点弯曲试验中断裂过程区的尺寸效应。混凝土在细观尺度上被模拟为嵌入在由弱界面分离的软基质中的刚性骨料。的三个阶段的机械响应建模的离散晶格的方法。模型参数的选择，使整体模型的响应形式的负载裂纹张开位移曲线与文献中报道的实验结果一致。通过对随机细观分析的耗散能量密度空间分布的平均值进行数值计算，确定了混凝土断裂过程区。通过对不同梁尺寸和边界条件的计算结果进行比较，研究了梁尺寸和边界条件对混凝土断裂过程区的影响。
2012-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Elastic and Fracture Behavior of Three-Dimensional Ply-to-Ply Angle Interlock Woven Composites: Through-Thickness, Size Effect, and Multiaxial Tests
本文对角互锁三维机织复合材料的弹性和断裂行为进行了全面的研究。该研究调查了新的分裂和楔形驱动的面外断裂试验，以揭示在厚度方向上的拉伸断裂行为，并提供面外拉伸强度和断裂能的估计。此外，几何缩放的单边缺口拉伸（SENT）试样的尺寸效应测试进行充分表征的材料的层内断裂能，并研究在这种类型的三维复合材料的结构强度的缩放。结果表明，尺寸效应对材料的结构强度有显著影响。事实上，即使研究的尺寸范围比以往任何传统的层压复合材料和二维纺织复合材料的尺寸效应研究更广泛，所有的实验数据都落在准韧性和脆性行为之间的过渡区。这意味着强大的损伤容限的研究三维复合材料。通过Bazant的II型尺寸效应定律（SEL）对数据进行分析，首次实现了三维复合材料层内断裂能的客观表征。最后，Arcan台架试验结合X射线微计算机断层成像，允许在多轴标称载荷条件下，特别是张力为主和剪切为主的条件下，不同的损坏机制前所未有的见解。
2020-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Damage accumulation in quasi-brittle fracture
准脆性材料的强度取决于样品内部缺陷的整体以及破坏前损伤累积的方式。使用大规模的随机熔合模型的数值模拟，我们调查的微裂纹分布的演变，直接关系到强度分布和尺寸效应。我们发现，扩大的分布尾部起源于在每个样品中占主导地位的微裂纹，并与裂纹合并的趋势，随着系统的大小增加。我们研究观察到的行为如何取决于样品中存在的障碍。
2013-08-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Thermal effects on fracture and brittle-to-ductile transition
脆性和韧性材料的断裂行为会受到热波动的强烈影响，特别是在微米和纳米器件以及橡胶和生物材料中。然而，温度的影响，特别是脆韧性转变，仍然需要更深入的理论研究。作为在这个方向上的一步，我们提出了一个理论，平衡统计力学的基础上，能够描述的温度依赖性脆性断裂和脆韧性转变的原型离散系统组成的晶格与易断元素。关于脆性行为，我们得到了封闭形式的表达式的温度依赖性断裂应力和应变，代表广义格里菲斯标准，最终描述了真正的相变的断裂。关于脆韧性转变，我们得到了一个复杂的临界情景，其特征在于由两个断裂制度（脆性和韧性）之间的阈值温度，上限和下限屈服强度，和对应于完全击穿的临界温度。为了证明所提出的模型在小尺度下描述热断裂行为的有效性，我们成功地将我们的理论结果与Si和GAN纳米线的分子动力学模拟进行了比较。
2023-02-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
The effect of disorder on the fracture nucleation process
在考虑热噪声的纤维束模型中研究了失效的统计特性。我们表明，宏观故障是由微裂纹的热激活。最重要的是，系统的有效温度被纤维束的空间无序（异质性）放大。还讨论了时间相关力的情况和Kaiser效应的有效性。这些结果可以给最近的实验观察的热激活裂纹，可以是有用的研究电网络的故障。
2001-08-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Size Effect and Scaling in Quasi-static and Fatigue Fracture of Graphene Polymer Nanocomposites
本文研究了结构尺寸如何影响石墨烯聚合物纳米复合材料的准静态和疲劳行为，这是一个经常被忽视的话题。结果表明，这些材料的准静态和疲劳失效与结构尺寸呈非线性关系，这是由于石墨烯纳米改性引起的裂纹尖端前方存在显著的断裂过程区（FPZ）。这样一个复杂的尺寸效应和缩放在准静态或疲劳的情况下，不能描述的线性弹性断裂力学（LEFM），但可以很好地捕捉的尺寸效应定律（SEL），考虑FPZ。由于SEL，增强的准静态和疲劳断裂性能得到了适当的表征，并显示出与结构尺寸无关。此外，本文还比较了准静态断裂与疲劳断裂在形态和力学行为上的差异。本文报道的实验数据和分析分析对于深入理解聚合物基纳米复合材料甚至其他准脆性材料（例如，纤维增强聚合物或其与纳米颗粒的混合物等），并进一步推进能够捕获在各种载荷条件下材料的尺寸依赖性断裂的计算模型的开发。
2023-03-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Grain-size dependence of plastic-brittle transgranular fracture
本文构建结合相场公式与晶体塑性的模型，研究体心立方材料穿晶断裂的晶粒尺寸依赖性，发现交滑移引发失效与晶界钉扎裂纹两种竞争机制导致非单调行为，解释了矛盾的实验观察。
2025-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Mode I and II Interlaminar Fracture in Laminated Composites: A Size Effect Study
本文研究了复合材料层合板Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂行为及其尺寸效应。对几何比例的双悬臂梁（DCB）和端部切口弯曲（ENF）试样进行了断裂试验，以了解断裂过程区（FPZ）内聚应力的非线性效应。结果表明，模式I和模式II的破裂行为之间的显着差异。结果表明，虽然DCB试样的强度尺度根据线弹性断裂力学（LEFM），这是不是ENF试样的情况。小试样表现出明显的伪延性有限的尺寸效应和显着偏离LEFM，而较大的试样表现在一个更脆的方式，与标称强度的尺寸效应接近LEFM预测。由于断裂过程区（FPZ）的尺寸与试样尺寸相比很大，因此需要认真考虑这种行为。结果表明，对于在这项工作中研究的试样尺寸，忽略FPZ的非线性效应可以导致低估的断裂能高达55%，与误差减少试样尺寸的增加。模式I和模式II测试数据都可以通过Bažant的II型尺寸效应定律（SEL）非常准确地捕获。
2019-04-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Crack propagation by activated avalanches during creep and fatigue from elastic interface theory
本文通过弹性界面理论研究了蠕变和疲劳过程中由激活雪崩驱动的裂纹扩展，提出依赖时间和协议的长度尺度来解释疲劳裂纹在应力松弛更大时生长更快的悖论。
2025-03-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Age-dependent Size Effect and Fracture Characteristics of Ultra High Performance Concrete
研究了超高性能混凝土（UHPC）的龄期尺寸效应和断裂特性。该研究是基于一组独特的实验数据，连接老化测试的两个固化协议的一个尺寸和缩放的尺寸效应测试的一个年龄。在缺口三点弯曲试验中进行老化和尺寸效应研究。实验数据的最先进的模拟采用最近开发的离散元素为基础的早期计算框架的状态。该框架是通过耦合湿热化学（HTC）模型和晶格离散粒子模型（LDPM）通过一组老化功能。HTC组件允许考虑可变的固化条件并预测混凝土的成熟度。力学部分，LDPM，模拟破坏行为的混凝土在长度尺度上的主要异质性。经过仔细的校准和验证的中尺度HTC-LDPM模式是唯一提出进行预测模拟。采用内聚尺寸效应曲线（CSEC）方法和经典尺寸效应定律（SEL）对试验和模拟得到的极限抗弯强度进行了分析。通过LDPM，CSEC，SEL和内聚裂纹分析获得的断裂能进行了比较，并提出了断裂性能的老化配方。在实验、模拟和尺寸效应分析的基础上，对尺寸效应的年龄依赖性和尺寸效应分析方法的稳健性进行了评价。
2016-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Fracture model with variable range of interaction
我们引入了一个纤维束模型，其中纤维之间的相互作用是由一个可调的应力传递函数，它可以插在两个极限情况下的负载重新分配，全球和当地的负载分配计划。通过改变相互作用的范围，数值研究了模型的几个特征，并得到了从平均场到短程行为的交叉。这两个制度的属性和出现之间的交叉探索通过数值研究的依赖性的材料的最终强度的系统的大小，雪崩的破碎的分布，和破碎的纤维的簇的大小。最后，我们分析了集群大小分布的矩，以准确地确定观察到交叉的值。
2002-02-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Pattern formation and selection in quasi-static fracture
采用离散弹簧-块体模型研究了准静态驱动系统的断裂问题。从密切比较干燥实验，它描述了裂纹的形成引起的基板上的摩擦。该模型产生的细胞，分层模式的裂缝，其特征在于由一个平均的碎片尺寸线性层厚度，与实验一致。利用裂解前的相关性解释了固定碎片尺寸的选择。的缩放行为与厚度和衬底耦合，推导和证实的模拟，表明为什么图案具有相似的形态，尽管他们的差距尺度。
2000-06-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech nlin.PS
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
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
Role of disorder in the size-scaling of material strength
通过对晶格断裂模型的数值模拟，研究了含缺陷无序材料的强度与样本尺寸的关系。我们发现一个政权之间的交叉控制的波动，由于混乱和另一个控制的应力集中，统治连续断裂力学。结果制定的尺度法涉及一个统计断裂过程区。它的存在和标度性质只能通过对许多无序结构的采样来揭示。标度律是在良好的协议与实验结果从缺口纸样品。
2007-08-22 cond-mat.mtrl-sci
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
On a 2D hydro-mechanical lattice approach for modelling hydraulic fracture
提出了一种描述水力劈裂的二维格点方法。流体压力和机械响应的相互作用由Biot理论描述。将格构模型应用于厚壁圆筒的分析，导出了弹性响应的解析解。用格点模型得到的数值结果与解析解吻合得很好。在此基础上，将耦合格点法应用于厚壁圆筒的断裂分析。结果表明，所提出的晶格方法提供的结果是独立的网格尺寸。此外，观察到一个强大的几何尺寸效应的名义强度之间的解析推导的下限和上限。这种尺寸效应随着Biot系数的增大而减小。
2014-12-01 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Simulation of Particle Size Effect on Dynamic Properties and Fracture of PTFE-W-Al Composites
聚四氟乙烯（PTFE）、钨（W）和铝（Al）粉末的冷等静压复合材料的动态压缩强度的最新研究表明，取决于金属颗粒的尺寸，其具有显著的差异。W的添加增加了样品的密度和整体强度。为了研究相对较大的变形，使用了多材料欧拉和任意拉格朗日欧拉方法，这些方法能够有效地处理自由表面的形成。计算结果表明，细金属颗粒增强试样的强度是由于在动态载荷作用下形成力链所致。这种现象甚至发生在较大的孔隙率的PTFE基质相比，样品具有较大的粒径的W和较高的密度的PTFE基质。
2007-08-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A size-dependent ductile fracture model: Constitutive equations, Numerical implementation and Validation
从分子动力学、离散位错动力学和连续介质力学数值模拟中，已经预测了多孔韧性材料在微米或纳米尺度上的尺寸效应，这是几何必要位错的结果或由于空隙基质界面的存在。对于给定的孔隙率，随着空隙尺寸减小，需要更高的应力来使材料变形。然而，大多数用于韧性断裂建模的多孔材料的均质化模型是尺寸无关的，即使在结构材料中通常观察到微米或纳米孔隙。基于文献中提出的纳米多孔材料的屈服准则，提出了一个轴对称加载条件下的多孔材料的尺寸相关的均匀化模型，包括孔隙生长和合并以及孔隙形状的影响。详细介绍了本构方程的数值实现。通过与考虑界面应力的多孔单胞有限元模拟进行比较，验证了均质化模型，该模型与用于推导屈服准则的模型一致，旨在对空隙矩阵界面处的额外硬化进行建模。最后讨论了改进模型的可能性，并从理论上推导了改进的屈服准则和演化规律。
2019-10-26 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Insights into the mechanical properties and fracture mechanism of Cadmium Telluride nanowire
碲化镉（CdTe）纳米线的机械性能因其在光机电纳米器件中的应用前景而成为当今人们关注的焦点。本研究利用分子动力学模拟研究了闪锌矿（ZB）晶体结构的CdTe纳米线在不同尺寸、温度、晶体取向和应变率下的拉伸和压缩力学行为。结果表明，在拉伸条件下，[111]取向的CdTe纳米线的断裂强度始终高于[110]取向的CdTe纳米线，而在压缩条件下，[111]取向的CdTe纳米线的断裂强度明显低于[110]取向的CdTe纳米线。此外，在拉伸载荷下，在ZB [111]取向的CdTe纳米线中观察到空洞，这是本研究中发现的一种新的失效机制。还观察到，尺寸对拉伸行为的影响可以忽略不计，但在压缩中，行为明显依赖于尺寸。拉伸强度和压缩强度均与温度呈负相关关系。当沿纳米线生长方向施加拉伸载荷时，无论温度和纳米线尺寸如何，[111]取向的CdTe纳米线都通过在[10-1]方向上产生空洞而失效。在压缩条件下，[111]取向的纳米线表现出屈曲和塑性。最后，应变速率对[111]取向的ZB CdTe纳米线的影响也进行了研究，在拉伸和压缩下，在更高的应变速率下，发现了更高的断裂强度和应变。随着应变速率的增加，纳米线中空穴的数量也随之增加，通过对[111]取向CdTe纳米线失效行为的深入了解，有助于有效地设计CdTe纳米线基器件。
2019-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Failure and Scaling of Graphene Nanocomposites
这项工作提出了聚合物/石墨烯纳米复合材料的结构强度的缩放的调查。为此，断裂试验的几何缩放单边缺口弯曲（SENB）试样与不同含量的石墨烯进行了研究的缩放纳米改性的影响。结果表明，虽然原始聚合物的强度根据线性弹性断裂力学（LEFM）缩放，但纳米复合材料的情况并非如此，即使是非常低的石墨烯含量。事实上，小样本表现出更明显的延展性与有限的缩放和显着偏离LEFM，而较大的标本表现在一个更脆的方式，缩放的名义强度接近一个预测的LEFM。由于断裂过程区（FPZ）的尺寸与试样尺寸相比很大，因此需要认真考虑这种行为。事实上，它表明，对于在这项工作中研究的试样尺寸，忽略FPZ的非线性效应可能会导致低估高达113%的断裂能，这种错误减少试样尺寸的增加。
2017-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Breakdown of Reye's theory in nanoscale wear
基于韧性断裂力学的类比，我们量化了粘着磨损过程中产生的碎片颗粒的大小。早期的工作提出了切向功和磨屑体积之间的线性关系，假设磨屑尺寸与微接触尺寸乘以接合处剪切强度成正比。然而，本研究显示偏离线性。这些偏差可以用断裂力学来解释，这意味着产生碎片所需的工作比假设的要少。在这里，我们假设，所需的工作，以分离磨损颗粒是由表面能消耗，以创建新的断裂表面，也是一个给定宽度的断裂过程区域内的塑性工作的裂纹。我们的理论模型，通过分子动力学模拟验证，揭示了超线性的碎片体积（$V_d$）和切向功（$W_t$）之间的比例关系：$V_d \sim W_t^{3/2}$在3D和$V_d \sim W_t^{2}$在2D。该研究为估算粘着磨损过程中微粒排放的统计分布提供了理论依据。
2023-02-05 cond-mat.mtrl-sci
From damage percolation to crack nucleation through finite size criticality
我们提出了一个统一的理论断裂无序脆性介质，调和明显相互矛盾的结果在文献中报道。我们的重整化群为基础的方法产生的相图中的渗流不动点，预计无限的无序，是不稳定的有限的无序和流动的零无序成核型不动点，从而表明断裂具有混合的一阶和连续的字符。在一个区域的中间无序和有限的系统尺寸，我们预测的平均场雪崩标度的交叉。我们讨论了有趣的连接到其他现象的临界缩放只观察到在有限大小的系统和热力学极限消失。
2012-10-03 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
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
Mechanical Properties and Fracture Patterns of Graphene (Graphitic) Nanowiggles
石墨烯纳米带（GNW）是通过在原始石墨烯纳米带中进行交替的规则切割而获得的基于石墨烯的纳米结构。GNW是最近合成的，并且已经证明它们通过改变它们的形状而表现出可调的电子和磁性。在这里，我们已经研究了大量的不同形状和大小的GNW的机械性能和断裂模式，使用完全原子反应分子动力学模拟。我们的研究结果表明，GNW的力学性能是强烈依赖于它的形状和大小，作为一个总的趋势，窄片有更大的极限强度和杨氏模量比宽的。根据GNW的形状，估计的杨氏模量值在~ 100-1000 GPa范围内，极限强度在~ 20-110 GPa范围内。此外，应变下的超韧性行为观察到的一些结构。
2017-02-03 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Elastic, strength, and fracture properties of Marcellus shale
页岩是一种细粒沉积岩，是世界上许多最重要的石油和天然气矿床的主要烃源岩。对页岩力学性质的深入了解在包括石油和天然气开采在内的各种岩土工程应用中至关重要。本文通过实验研究了Marcellus页岩的变形性能、强度性能和破裂性能。首先，对马塞勒斯页岩试样在相对于加载方向的不同层面方向上进行单轴压缩、直接拉伸和巴西试验，以测量静态力学性能及其各向异性。此外，还通过地震速度测量与静态测量进行了对比，研究了Marcellus页岩的变形能力。实验结果表明，横观各向同性模型适用于描述Marcellus页岩在纯拉伸和压缩条件下的弹性行为。然而，从这两个实验中测得的弹性性能并不完全相同。强度结果表明，劈裂（巴西）和直接拉伸强度之间存在差异，这两个不同的层面的方向和加载方向，并与不同的破坏模式。最后，在三个不同的主缺口方向上对尺寸增加的试样进行了一系列的三点弯曲试验，以研究材料的断裂特性。结果发现，存在一个显着的尺寸效应的断裂性能计算从实测峰值载荷和使用线弹性断裂力学（LEFM）理论。断裂性能可以唯一地确定，但是，通过使用Bazant的尺寸效应定律，他们被发现是各向异性的。
2017-12-06 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Experimental and Numerical Investigation of Intra-Laminar Energy Dissipation and Size Effect in Two-Dimensional Textile Composites
大型复合材料结构的设计需要了解其力学性能的缩放，这是复合材料文献中经常忽略的一个方面。这一贡献分析，实验和数值模拟，纺织复合材料结构的层内尺寸效应。本文报道了由8层0度环氧树脂/碳纤维复合材料2 × 2层合板制成的几何形状相似的单边缺口试件的试验结果。结果表明，名义强度随着试样尺寸的增加而降低，并且实验数据可以很好地拟合Bazant尺寸效应定律，从而可以准确地识别材料的层内断裂能。通过数值研究其对复合材料管耐撞性的影响，阐明了在层内断裂是主要能量耗散机制的情况下准确估计Gf的重要性。模拟表明，对于所分析的几何形状，断裂能降低到测量值的50%对应于平台破碎载荷降低近42%。此外，假设峰值后的垂直应力下降，在大多数商业有限元代码中实现的基于强度的本构关系的典型假设，导致强度低估70%的顺序。本研究的主要结论是，准确测量断裂能和正确模拟纺织复合材料的断裂行为，包括其准脆性，是关键。这既不能通过忽略尺寸效应的基于强度或应变的方法来实现，也不能通过不考虑断裂过程区的有限性的LEFM来实现。
2016-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Effects of Out Time on the Mechanical and Fracture Properties of Chopped Fiber Composites Made From Repurposed Aerospace Prepreg Scrap and Waste
本文研究了预浸料取出时间对不连续纤维复合材料力学性能和断裂性能的影响。在恒温恒湿的环境室中，碳纤维板以0倍、1倍、2倍和3倍的寿命进行老化。通过差示扫描量热法（DSC）测量固化度，同时进行拉伸、压缩和剪切试验，以研究老化对这些机械性能的影响。首次通过几何比例的单边缺口拉伸（SENT）试件的断裂试验研究了Ⅰ型层内断裂及其尺寸效应。从拉伸、压缩和剪切实验中可以看出，挤出时间对弹性模量没有影响。然而，在所有的加载条件下，强度随着试样的老化而增加。与未老化材料相比，百分比增加范围为15%至33%。这可能是由于基质随着时间的推移而塑化，从而允许更高的能量吸收。对于所有尺寸的SENT样本，报告了更复杂的趋势。结果表明，断裂能和特征长度随龄期的增加先减小后增大，最长持续时间为10min。这种趋势归因于两个对断裂行为具有相反影响的因素：1）由于树脂粘度的增加，随着老化的增加，血小板的平均数量增加，以及2）随着老化，基质的增塑。这项研究的结果表明，由重复使用的材料制成的不连续纤维复合材料（DFC）可以具有与未老化的DFC相同的性能。在这项工作中提出的实验数据可以作为一个基线，设计DFC复合材料组件的再利用预浸料废料和废物。
2021-12-22 cond-mat.mtrl-sci
Effect of the porosity on the fracture surface roughness of sintered materials: From anisotropic to isotropic self-affine scaling
为了揭示微观结构如何影响断裂表面粗糙度在非均匀脆性固体，如岩石或陶瓷，我们的特点是死后断裂表面的粗糙度统计在自制的材料的可调微观结构的长度尺度和孔隙度，通过烧结单分散聚苯乙烯珠。除了无序的特征尺寸，粗糙度分布被发现表现出自仿射缩放功能随孔隙度的变化。从零值开始，并增加孔隙度，我们定量地修改自仿射缩放属性从各向异性（在低孔隙度）各向同性（孔隙度大于10%）。
2015-01-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The effect of elastic-plastic mismatch and interface proximity on the fracture toughness of Ti-TiN thin films
本研究通过微悬臂梁试验量化了Ti-TiN多层膜中弹塑性失配对裂纹驱动力的影响，发现250 nm Ti层可使断裂阻力提升近十倍，为优化金属中间层厚度提供物理依据。
2025-06-23 cond-mat.mtrl-sci
A Study on the Fracturing Behavior of Thermoset Polymer Nanocomposites
本工作旨在研究聚合物纳米复合材料的断裂行为。为此，该研究利用了大量的断裂试验的分析，从文献中严格调查的非线性断裂过程区（FPZ）的影响的目标。结果表明，对于大多数的断裂试验，非线性FPZ的影响是不可忽略的，导致显着偏离线弹性断裂力学（LEFM）。正如数据所示，这方面需要认真考虑，因为使用LEFM来估计模式I断裂能，这是文献中的常见做法，可能会导致高达157%的误差，具体取决于试样尺寸和纳米填料含量。
2017-07-26 cond-mat.mtrl-sci
Fracture in random quasibrittle media: I. Discrete mesoscale simulations of load capacity and fracture process zone
采用概率细观离散模型对混凝土断裂进行了数值模拟。该模型通过将随机位置分配给最大聚集体来表示材料随机性的很大一部分。随机性的其余部分通过使材料参数经由均匀随机场随机波动来引入。一个广泛的数值研究与模型认为棱镜加载在单轴拉伸与固定和旋转压板，以及梁有和没有一个缺口加载在三点弯曲。结果表明，（i）自相关长度和（ii）随机场的方差对模型的断裂行为的非平凡的影响。给出了峰值载荷的统计数据以及达到最大载荷时断裂过程区的大小和形状。断裂过程区和最薄弱环节内的局部平均被确定为解释报告结果的潜在机制。配套文件第II部分[64]介绍了一种分析模型，该模型能够通过对随机场极值的简单估计（作为局部强度的移动平均值）预测采用概率离散模型获得的峰值载荷分布。
2020-06-14 cond-mat.mtrl-sci cs.CE
Experimental Investigation of Thickness Effects on Mixed-mode I/II Fracture of an Aluminum Alloy
对厚度为2、4、8和14 mm的铝合金进行了I/II复合型断裂实验研究，发现在纯I型加载条件下，单位厚度的承载能力随厚度的增加而单调减小。而在复合加载条件下，承载能力对厚度的依赖性变得很弱。尽管在除纯模式II外的所有混合模式条件下，从断裂试样的中平面测得的裂纹萌生角与薄试样和厚试样中典型的现有准则吻合良好，但在8 mm厚的试样中发现了异常低的裂纹萌生角。尽管韧性韧窝是所有试样中占主导地位的微观特征，但最终空隙的大小随试样厚度和加载模式而显著变化。随着试样厚度的减小，裂纹萌生区的韧窝变大变浅。
2008-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Identification of the length scale parameter of simplified strain gradient elasticity from standard Mode I fracture tests
Institute of Applied Mechanics of Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院应用力学研究所）；Moscow Aviation Institute（莫斯科航空学院）
本研究通过数值模拟推导回归关系，利用标准I型断裂试验数据识别简化应变梯度弹性的长度尺度参数，给出脆性材料显式公式并验证准脆性材料的尺寸效应捕捉能力。
2026-08-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
The Gap Test: Effects of Crack Parallel Compression on Fracture in Carbon Fiber Composites
本文探讨了全球模式I断裂能的碳纤维复合材料受到双轴应力状态在裂纹尖端，特别是其中一个应力分量是压缩和平行于裂纹。基于先前创造的间隙测试和Bazant的II型尺寸效应定律的实验技术，发现随着裂纹平行压缩应力的增加，I型断裂能单调减小。与断裂能的标称值相比，在没有施加裂纹平行压缩的情况下，观察到对于等于复合材料的压缩失效极限的44%的压缩应力，断裂能降低高达37%。这种削弱效果是由于分裂裂纹，诱导在裂纹尖端由于裂纹平行压缩，这是通过裂纹尖端显微照片识别。这是一个新颖的结果，挑战了断裂能是恒定材料特性的百年假设，并首次表明裂纹平行压缩导致复合结构比预期的更弱。实验活动也支持与计算活动，提供了一个框架，能够捕捉裂纹平行压缩的影响。通过使用裂纹带模型，它正确地表征断裂过程区张量，再加上一个完全张量损伤法，模拟结果提供了令人满意的协议与实验数据。相反，当减少张量损伤法定义的裂纹带，它表明，结构强度和断裂能是危险的高估。这强调了使用裂纹带模型与完全张量损伤法相结合来准确预测复合材料断裂的重要性。
2022-07-26 cond-mat.mtrl-sci
