Configurational forces explain echelon cracks in soft materials
本文在构型力学框架内采用构型力方法研究软材料的混合模式 I + III 断裂，揭示了倾斜小面间的相互作用及合并效应在塑造阶梯状裂纹形态中的关键作用。
2025-07-16 cond-mat.soft
Crack-front model for adhesion of soft elastic spheres with chemical heterogeneity
粘附滞后可由表面粗糙度或化学不均匀性引发的弹性不稳定性引起。然而，这些不稳定性在粘附滞后的作用仍然知之甚少，因为我们缺乏理论和数值模型占现实的粗糙度。我们的工作重点是低粗糙度或弱异质性的软弹性球的粘附，压痕过程可以描述为一个近似圆形的外部裂纹的格里菲斯式传播。我们讨论了如何描述接触的领域与化学异质性，导致波动的本地工作的粘附。我们引入了一个变分的一阶裂纹扰动模型，并验证我们的方法使用边界元模拟。裂纹扰动模型忠实地预测接触形状和滞后力穿透曲线，只要接触周长保持接近一个圆，接触区域是简单连接的。计算上，裂纹扰动模型是数量级更有效的比相应的边界元制剂，允许现实的异质性领域。此外，我们的裂纹前制定澄清连接的粘附滞后的经典理论钉扎的弹性线。
2021-08-15 cond-mat.soft
The crack pattern of indented cohesive granular media
本文通过准静态圆柱压入实验结合三维X射线显微断层扫描，研究湿颗粒堆的径向裂纹形态，并揭示剪切剪胀与裂纹萌生的关联。
2025-05-16 cond-mat.soft
Redirection of a crack driven by viscous fluid taking into account plastic effects in the process zone
本文研究了复合型载荷作用下粘性流体驱动裂纹的重定向问题。加载包括经典模式I-III和裂缝壁上的水力诱导切向牵引。考虑了近端区域的塑性形变的影响。不同的标准，以确定骨折偏转角进行了检查和比较。
2019-12-09 cond-mat.soft physics.app-ph physics.class-ph
Configurational stability of a crack propagating in a material with mode-dependent fracture energy -- Part II: Drift of fracture facets in mixed-mode I+II+III
在早期的论文中（Leblond等人，2011，2019），我们提出了在混合模式I+III加载的裂纹的共面扩展的线性稳定性分析，基于结合Griffith（1920）的能量条件和Goldstein和Salganik（1974）的局部对称性原理的“双”扩展准则。这两篇论文之间的区别在于，在最近的一篇论文中，临界能量释放率的局部值不再被认为是常数，而是示意性地允许依赖于局部模式III与模式I应力强度因子的比率。这导致了一个大大改善，定性可接受的协议的理论和实验，为“阈值”的比值的未扰动模式III的模式I应力强度因子，以上的共面传播变得不稳定。在本文中，分析扩展到的情况下，一个小的额外的模式II加载组件是存在于裂纹的初始平面配置，产生一个小的，一般的扭结，这个裂纹的时刻，它被应用。这种加载分量的存在所产生的主要新效应是，在阈值以上存在的不稳定模式在其传播期间必须沿着裂纹前缘漂移。这一预测可能是有用的，为未来的理论解释的一些实验中，这样的漂移运动确实被观察到。
2019-09-20 cond-mat.soft
Crack front échelon instability in mixed mode fracture of a strongly nonlinear elastic solid
混合模式（I+III）加载诱导由台阶连接的分段裂纹前缘梯形结构。我们研究这种不稳定性在一个高度可变形的，应变硬化材料。我们发现，Echelons发展超过一个有限的，大小无关的模式混合阈值，显着增长的能量释放率。他们出现通过成核的本地化螺旋前扭曲，和他们的出现是延续的模式I交叉影线不稳定的凝胶和橡胶，偏移的偏置效应的剪切。这一结果与线弹性断裂力学预测的直接分叉不一致，可以归因于弹性非线性的控制作用。
2013-10-01 cond-mat.soft
Theory of unconventional singularities of frictional shear cracks
沿摩擦界面传播的裂纹状物体，即~摩擦剪切裂纹在广泛的摩擦现象中起主要作用。这种摩擦裂纹通常被假设为具有理想剪切裂纹的万有平方根近边奇异性，正如线弹性断裂力学所预测的那样。在这里，我们表明，这是不是一般的情况下，由于内在的摩擦强度对滑移率的依赖性，即使形成摩擦界面的机构是相同的，主要是线弹性。相反，摩擦剪切裂纹具有非常规的奇异性，其特征在于奇异阶$ξ$不同于传统的$-\tfrac{1}{2}$。结果表明，$ξ$取决于摩擦定律，传播速度和对称模式的加载。我们讨论了非常规奇点理论的一般结构，以及它们对摩擦裂纹的能量平衡和动力学的影响。最后，我们提出了明确的计算$ξ$和相关的近边缘领域的线性粘性摩擦-这可能会出现作为一个扰动近似的非线性摩擦法或其本身-在平面（模式-II）和反平面（模式-III）剪切载荷。
2021-03-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Dynamic fracture of a discrete media under moving load
大多数关于离散介质中裂纹扩展的研究都与特定类型的外载荷有关：边界上的位移，或恒定的能量通量或源于无穷远的馈电波。本文分析了移动荷载对最简单的格构模型的作用：一个薄条，由于移动力作用在结构的破坏部分上，断层在其中间部分传播。我们研究如何分析和数值的负载幅度和速度的影响可能的解决方案，特别是断裂过程达到其稳态制度的方式。我们提出了可能的稳态裂纹速度与加载参数之间的关系，以及能量释放率。特别是，我们表明，存在一类的加载制度对应于能量-速度图上的每个点（从而确定相同的限制稳态制度）。从力和能量两个角度详细讨论了禁戒区现象。对于一个充分各向异性的结构，我们发现一个稳定的稳态传播对应的慢裂纹。数值模拟揭示了该过程接近或未能接近稳态状态的各种方式。这些结果扩展了我们对离散结构断裂过程的理解，并揭示了一些新的问题。
2017-08-02 cond-mat.soft
Failing softly: A fracture theory of highly-deformable materials
从基础和实践的角度来看，高度可变形的材料，从合成水凝胶到生物组织，都变得越来越重要。它们的力学行为，特别是断裂过程中裂纹扩展的动力学，尚未完全了解。在这里，我们提出了一个理论框架的动态断裂的高度可变形的材料，其中的动态裂纹的影响进行处理相对于非线性变形（预应力/应变），非开裂，状态的材料。在此框架内，我们推导出解析和半解析解的近端变形场和能量释放率的动态裂纹在不可压缩的neo-Hookean固体双轴和单轴载荷下传播。我们发现，适度大的预应力有显着的影响周围的裂纹尖端的应力场。我们通过对软脆性弹性体在一定范围内的加载水平和传播速度的断裂进行广泛的实验来验证这些预测，表明新开发的框架在适度大的外部载荷水平和高传播速度下比标准方法提供了更好的近似测量。这个框架应该是相关的软，韧性，但脆，材料的失效分析。
2015-03-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The Dynamics of Rapid Fracture: Instabilities, Nonlinearities and Length Scales
材料和界面的失效是由裂纹介导的，裂纹是以接近声速的速度传播的几乎奇异的耗散结构。裂纹萌生和随后的扩展--断裂的动态过程--耦合了广泛的时间和长度尺度。裂纹动力学挑战我们的基本物理过程，发生在极端条件下的几乎奇异的区域内的材料发生故障的理解。在这里，我们首先简要回顾了经典的动态断裂方法，“线弹性断裂力学”（LEFM），并讨论其成功和局限性。我们展示了如何，一方面，最近的实验进行直裂纹在软脆性材料中传播的定量证实了这一理论的预测，以前所未有的程度。另一方面，这些实验表明如何LEFM打破了奇异区域的裂纹尖端的做法。这一突破自然导致了一个新的理论框架创造了“弱非线性断裂力学”，弱弹性非线性纳入。这个理论预言的更强的奇异性产生了一个新的内在长度尺度，$\ell_{nl}$。这些预测通过直接测量得到了详细验证。然后，我们从理论和实验上回顾如何出现的$\ell_{nl}$是一个新的裂纹运动方程，预测存在的高速振荡裂纹不稳定的波长是由$\ell_{nl}$。最后，我们描绘了该领域的突出挑战。
2013-05-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Crack Front Waves and the dynamics of a rapidly moving crack
裂纹前缘波是沿裂纹前缘传播的局部化波。它们是由裂纹与局部材料不均匀性的相互作用产生的。我们表明，前波是非线性实体，传输能量，产生表面结构，并导致本地化的速度波动。它们的存在局部赋予惯性，这是不纳入目前的断裂理论，最初的“无质量”裂纹。这与裂纹不稳定性相结合，在断裂表面结构内产生不均匀性和缩放行为。
2001-07-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Fractographic aspects of crack branching instability using a phase field model
本文用三维脆性材料中裂纹前缘扩展的相场模型研究了分叉失稳引起的断口形貌。该模型的数值结果产生的裂纹表面是类似于在各种实验情况下获得的。根据所施加的载荷配置和初始条件，我们表明，分支不稳定性是限制在一部分的裂纹前缘或揭示通过准二维分支。对于前者，裂纹前缘在主断口上留下排列整齐或杂乱的抛物线痕迹。对于后者，断口分析揭示了所谓的{ \em échelons}裂纹，表明分支不稳定性也可以诱导裂纹前缘破碎。
2014-01-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Size-dependency and lattice-discreetness effect on fracture toughness in 2D crystals under antiplanar loading
本文通过二维保险丝网络模拟反平面加载下的脆性断裂，揭示断裂能与韧性的代数尺寸收敛规律，并将残余偏差归因于晶格离散导致的 Williams 超奇异项。
2024-10-29 cond-mat.soft
Oscillatory and tip-splitting instabilities in 2D dynamic fracture: The roles of intrinsic material length and time scales
最近的理论和计算的进展导致了前所未有的理解在二维动态断裂的破环不稳定性。在这一进展的核心在于识别两个内在的，近裂纹尖端的长度尺度-一个非线性弹性长度尺度$\ell$和耗散长度尺度$ξ$ -不存在于经典的裂纹理论。特别是，它已被证明，在一个高的传播速度$v$，在2D脆性材料的裂纹经历振荡不稳定性，其波长与$\ell$线性变化，并在更高的传播速度和更大的负载水平，尖端分裂不稳定性出现，都与实验一致。在本文中，使用相场模型的脆性断裂，我们证明了以下性质的振荡不稳定性：（i）它也存在于近端的弹性非线性的情况下，即在极限$\ell\!\to\!0$，与耗散长度尺度$ξ$确定的波长。这一结果表明，不稳定的关键取决于存在的内在长度尺度与断裂附近的裂纹尖端的线性弹性，独立于后者是否涉及到非线性弹性或耗散。(ii)这是一个超临界的Hopf分岔，其特征是在开始时振荡幅度消失。(iii)它在很大程度上独立于由耗散时间尺度控制的断裂能$Γ(v)$。这些结果证实了二维超高速裂纹振荡失稳的普遍性。此外，我们提供的证据表明，超高速尖端分裂的不稳定性是由裂纹尖端区域内的弹性能量传输的限制率。最后，我们详细描述了所采用的相场断裂方法的数值实现方案。
2021-02-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft nlin.PS
The dynamics of crack front waves in 3D material failure
本研究在含速率相关断裂能的3D相场框架下探究裂纹前沿波动力学，揭示面内波的弱时间依赖、孤子式相互作用及非线性区低速特性，阐明面外分量的衰减与反平面载荷下的持续耦合效应。
2023-06-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft nlin.PS
Biaxial characterization of soft elastomers: experiments and data-adaptive configurational forces for fracture
本研究针对软固体断裂力学研究难点，构建实验-计算结合框架，开展五种弹性体等双轴实验，开发含自适应超弹模型与构型力法的计算平台，为软材料断裂表征与设计提供新范式。
2025-05-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Dynamic fragmentation of residually stressed solids: From microscopic instabilities to universal scaling
Indian Institute of Science, Bangalore（印度科学研究所班加罗尔分校）
研究通过高速冲击实验和微机械模型揭示残余应力固体动态碎裂的通用缩放规律，发现碎片尺寸分布遵循指数衰减并可归一化为单一主曲线。
2026-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Facet formation in slow three-dimensional fracture
研究三维缓慢拉伸断裂中的小面形成现象，利用相场框架揭示表面台阶是由有限强度淬火无序与介观III型剪切载荷分量共同作用产生的非线性现象，并阐明其生长机制与实验一致。
2024-03-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Depinning dynamics of crack fronts
本文从实验和理论上研究了非均质材料在两个连续平衡位置之间发生微失稳时裂纹前缘的动力学行为。我们特别关注的时空演变的前面，因为它放松到一个直的配置，从一个单一的障碍物的控制强度和大小后脱钉。我们发现，这种脱钉动力学是不受惯性，而是由速率依赖性的耗散机制发生在断裂过程区。这意味着，裂纹速度波动的平均值$v_m$附近，可以预测从过阻尼运动方程$(v-v_m)/v_0 = (G-G_c(v_m))/G_c(v_m)$涉及的特征材料速度$v_0 = G_c(v_m)/G_c'(v_m)$，出现从断裂能与裂纹速度的变化。我们的研究结果铺平了道路，无序固体中的裂纹的临界脱钉动力学的定量描述和开辟了新的视角，预测的有效失效性能的异质材料。
2018-07-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Predicting high rate granular transition and fragment statistics at the onset of granular flow for brittle ceramics
脆性材料在冲击载荷作用下表现出从裂纹固体到粒状介质的转变。这种过渡到颗粒力学和由此产生的初始碎片的大小和形状分布在计算模型的适当表示还没有得到很好的理解。目前的工作提供了一个数值模型来分析竞争裂纹聚结的过渡制度，并提供洞察粉碎的发病和随后的颗粒流的初始条件。从初始缺陷，使用翼裂纹增长为基础的损伤模型获得的裂纹统计已被用来离散模拟椭圆形裂纹在三维空间中，有和没有一个最小的交叉约束。这些裂纹，然后允许合并与附近的裂纹沿有利的方向和输出的碎片统计已被预测。不断发展的破碎提供洞察粉碎的发病以及最终过渡到颗粒力学和由此产生的初始碎片统计。一个简单的唯象模型已被提出，建议一个过渡标准类似的数值模型中获得的。
2020-11-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.comp-ph
Onset of Propagation of Planar Cracks in Heterogeneous Media
本文用解析法和数值模拟法研究了非均匀介质中裂纹运动临界载荷附近平面裂纹前缘的动力学行为。固体的弹性导致沿裂纹前缘的长距离应力传递，由于介质中的弹性波，该应力传递在时间上是非单调的。在瞬时应力转移的准静态极限下，裂纹前缘呈现动态临界现象，当外加载荷通过临界值增加时，裂纹前缘呈现从钉扎阶段到运动阶段的二阶过渡。在临界状态下，裂纹前缘是自仿射的，粗糙度指数为$ζ=0.34\pm 0.02$。发现动态指数$z$等于$ 0.74\pm 0.03$和相关长度指数$ν=1.52\pm 0.02$。这些结果是在很好的协议，从一个扩展。应力传递中的声传播时间延迟不改变静态指数，但动态指数$z$恰好变为1。然而，当裂纹前缘的一部分向前移动时，真实弹性波会导致应力超过其最终静态值。这些应力过冲的简化模型被用来表明，过冲是相关的脱钉过渡导致临界载荷的降低和明显的跳跃的速度直接到一个非零值的裂纹前缘。在有限系统中，速度也表现出滞后行为作为负载的函数。这些结果表明，一阶像过渡。真正的拉伸裂纹的可能影响进行了讨论。
1997-12-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
