Crack tip kinematics reveal the cohesive zone structure in brittle hydrogel fracture
本研究利用显微学方法探测脆性水凝胶裂纹尖端的小尺度屈服区，直接测量并确定了通过内聚力丧失耗散大部分能量的区域尺度和结构，为脆性材料破坏机制提供了新见解。
2023-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Forced tearing of ductile and brittle thin sheets
撕裂一个薄板，迫使一个刚性的物体通过它导致复杂的裂纹形态;一个单一的振荡裂纹出现时，一个工具被横向驱动通过脆性片材，而两个发散的裂纹和一系列的手风琴状褶皱时，形成一个工具被迫横向通过一个韧性片材。另一方面，迫使物体垂直穿过片材导致韧性和脆性材料的径向花瓣状撕裂。为了理解这些不同的制度，我们使用实验，模拟和简单的理论相结合。特别是，我们描述的过渡从脆性振荡撕裂通过一个单一的裂纹到韧性手风琴撕裂两个眼泪通过推导的法律，描述的裂纹路径和波长的手风琴褶皱，并提供一个简单的相图的形态方面的材料性能的片材和相对大小的工具。
2014-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Theory of dynamic crack branching in brittle materials
用连续介质力学方法研究了平面载荷条件下以给定速度扩展的初始脆性单裂纹的动态对称分叉问题。采用Griffith能量准则和局部对称性原理确定裂纹路径。分叉预测在一个给定的临界速度，并在一个特定的分支角度：都与实验非常好。随后的分支的曲率也进行了研究：$T$的符号，与$T$是在初始裂纹尖端的非奇异应力，分离分支路径，从初始路径发散或收敛，一个功能，可以在未来的实验中进行测试。该模型依赖于一个方案的裂纹分支与一些合理的假设的基础上，一般的考虑和反平面分支的精确动态结果。有人认为，这是可能的，使用一个静态分析的裂纹分叉平面加载作为一个很好的近似的动态情况。结果是有趣的，因为他们解释了在连续介质力学方法的主要特点，即临界速度，分支角和随后的分支路径的几何形状的脆性材料中的快速裂纹的分支不稳定性。
2007-02-21 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
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
Ductile and brittle crack-tip response in equimolar refractory high-entropy alloys
了解耐火高熵合金（HEAs）的强化和变形机制，提出作为新的高温材料，是需要改善其典型的不足的室温延展性。在这里，密度泛函理论模拟和连续介质力学分析进行了系统的研究之间的竞争解理退粘和位错发射从裂纹尖端的体心立方耐火HEAs HfNbTiZr，MoNbTaVW，MoNbTaW，MoNbTiV，和NbTiVZr。这种裂纹尖端的竞争进行评估拉伸载荷和15个裂纹配置和滑移系统的总和。我们的研究结果预测，在裂纹尖端的位错塑性一般是不利的-虽然竞争是接近一些裂纹方向，这五个HEAs在零温度下的内在脆性和低裂纹尖端断裂韧性。局部合金成分的波动，HfNbTiZr的调查，可以局部地减少相对于该滑移系统的配置平均的滑移系统的位错发射的阻力，但不改变占主导地位的裂纹尖端响应。在单晶MoNbTaW的情况下，实验，室温下的断裂韧性值是可用于\{100\}平面上的裂纹，理论和实验结果一致有利。可能限制协议的因素进行了讨论。我们调查材料各向异性的效果上的首选裂纹尖端的取向，这被发现是合金的具体。混合模式加载被发现转移有利于解理或位错成核的竞争，这取决于裂纹的配置和放大的材料各向异性对裂纹尖端应力的影响。
2020-02-17 cond-mat.mtrl-sci
Supersonic crack propagation in a class of lattice models of Mode III brittle fracture
我们研究了一个晶格模型的模式III裂纹在脆性材料中的条纹几何形状在不断施加拉伸。材料在大变形时的硬化产生超音速裂纹扩展。对于大的拉伸，传播是由发展良好的孤子波引导的。对于低拉伸，裂纹尖端速度有一个普遍的依赖拉伸，可以得到一个简单的几何参数。
2005-07-07 cond-mat.mtrl-sci nlin.PS
Energy concentration and brittle crack propagation
本文的目的是填补脆性断裂力学的经典处理和将裂纹演化视为自由不连续问题的新思想之间的空白。Griffith和Irwin准则的裂纹扩展的研究和改造，以便不再依赖于任何处方的几何形状的裂纹在其演变过程中。定理6.1中的不等式。代表了广义欧文和格里菲斯脆性裂纹扩展准则之间的联系。这个不等式的物理意义在最后一节中解释。更多信息请访问http://irmi.epfl.ch/cag/buliga_bfrac.html。
2005-10-11 cond-mat.mtrl-sci math.AP
Thermal noise and the branching threshold in brittle fracture
许多研究已经证实，当裂纹速度超过某个阈值速度时，脆性材料中的裂纹会分支，但该阈值的值尚不清楚。几乎所有的理论计算都将阈值高估了两倍或更多。我们表明，热噪声可以降低阈值的一个相当大的量，我们建议，这种效果可以解释的差异。
1999-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Crack Path Prediction in Anisotropic Brittle Materials
一个力平衡条件来预测准静态裂纹路径的各向异性脆性材料来自扩散界面连续模型，描述了一个微观过程区和宏观线性弹性内的短尺度故障的分析。推导利用这类模型的梯度动力学和平移对称性来定义一个广义的能量-动量张量，其积分围绕一个任意封闭的路径包围裂纹尖端产生所有的力作用在这个尖端上，包括Eshelby的配置力，cohesion内聚力和耗散力。数值模拟定量验证了这一条件。
2004-12-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Experimental analysis of lateral impact on planar brittle material: spatial properties of the cracks
研究了玻璃板和氧化铝板在平面撞击下的破碎问题。特别注意的是，调查的空间位置的板内的裂纹。基于唯象模型的分析表明，沿裂纹路径的分叉更可能发生在靠近撞击区的地方，而不是远离撞击区的地方。例如，分叉概率似乎随着与受冲击侧的垂直距离的增加而降低。还发现，许多可观的是不敏感的板材料在这项工作中使用，只要对应于板的碎裂的碎片多重性是相似的。这给人的普遍性质的碎片化过程中报告的former实验的支持。然而，即使在刚才提到的情况下，一些空间可观的是能够区分材料的板块，因此，它建议，这种普遍性应仔细研究。
2011-03-23 cond-mat.mtrl-sci
A comparison of phase field models of brittle fracture incorporating strength: I -- Mixed-mode loading
本文系统比较了三种考虑强度的脆性断裂相场模型在II型、III型及混合模式加载下的裂纹扩展预测能力，证实完全形核方法最可靠，并揭示了其他方法在强度面处理和断裂韧性预测上的不足。
2025-02-06 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
Crack-tip Plasticity and Intrinsic Toughening in Nano-sized Brittle Amorphous Carbon
大多数整体脆性材料由于缺乏内在的增韧机制，如裂纹前缘附近的塑性，容易因裂纹而失效。因此，大多数的努力，以减轻脆性陶瓷的突然故障一直集中在发展外在的增韧机制，阻碍裂纹扩展后的尖端，如纤维桥接。在这项工作中，我们的实验表明，即使在脆性的单片陶瓷材料，如类金刚石碳（DLC），当其外部尺寸降低到亚微米级的内在韧化。这种独特的现象归因于小样品中裂纹驱动力的降低，这反过来又使它们能够承受足够高的应力以激活局部原子塑性。通过纳米力学拉伸和弯曲实验，电子能量损失谱分析，和应力分布计算的有限元方法，我们证实，与sp3到sp2再杂化的局部原子塑性是负责的内在增韧。
2019-10-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Brittle to Quasi-Brittle Transition and Crack Initiation Precursors in Disordered Crystals
裂纹萌生是由于弹性、塑性和无序的综合作用而出现的，它在很大程度上取决于材料的微观结构细节。在本文中，我们研究了具有粗晶粒的脆性金属，微观结构紊乱可能源于材料的制造过程，例如合金化。作为一种研究工具，我们认为裂纹萌生从一个表面，椭圆切口：作为在切口处的曲率半径的曲率半径的增加，有一个动态的过渡，从切口诱导裂纹萌生批量无序裂纹成核。我们进行了广泛的和现实的模拟相场的方法耦合到晶体塑性。此外，微结构的无序度和缺口宽度是不同的，以研究过渡。我们确定这种转变的各种障碍的强度方面的损害演变。以上的过渡，我们确定可检测的前体裂纹萌生，我们量化的预期应力降在模式I断裂载荷。我们讨论了如何观察和分析这种脆性准脆性转变的实验。
2017-07-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phase-field analysis for brittle fracture in ferroelectric materials with flexoelectric effect
针对铁电材料脆性断裂力电耦合作用复杂的问题，构建含多序参量、考虑应变梯度与挠曲电效应的扩展相场模型，揭示初始极化方向对裂纹扩展的影响机制，为复杂铁电结构力电失效研究提供工具。
2024-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Size effects in the toughening of brittle materials by heterogeneities: a non-linear analysis of front deformations
扩展Gao和Rice理论至二阶，预测扰动裂纹前沿的I型应力强度因子分布，揭示韧性异质性对材料增韧的尺寸依赖性及宏观R曲线行为。
2023-06-26 cond-mat.mtrl-sci
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
A non incremental variational principle for brittle fracture
本文的目的是提出一个范式转变的变分方法的脆性断裂。在同一个框架中处理动态和静态的极限情况。与通常的增量方法相比，我们使用一个时空的原则，涵盖了整个加载和裂纹的演变。重点是内部变量的形式主义和耗散潜力的塑性，而不是格里菲斯的原始方法的基础上的表面积的裂纹扩展的建模。新的表述似乎比标准理论更富有成效的推广。
2021-12-06 cond-mat.mtrl-sci
Thermal weakening of cracks and brittle-ductile transition: a phase model
我们提出了一个模型的热激活裂纹在弹性基体中的传播。传播被认为是一个亚临界现象，其动力学被描述的阿罗修斯定律。在这一定律中，我们考虑了裂纹前缘的热演化，假设一部分释放的机械能在塑性加工区转化为热量。我们发现，这样的模型导致一个两相裂纹扩展：第一阶段在低速的温度升高是影响不大，传播主要是由机械载荷和介质的韧性，和第二阶段，在该裂纹是热弱化，并以更大的速度传播。这种双重行为可以潜在地解释通常的粘滑脆性断裂，我们说明如何与模式I裂纹在薄无序介质中传播的数值模拟。此外，我们预测存在一个极限的环境温度以上的削弱相停止存在，我们提出了这种临界现象作为一种新的解释脆韧性转变的固体。
2020-02-25 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Relation between driving energy, crack shape and speed in brittle dynamic fracture
我们报告的驱动力，粗糙度指数，分支和裂纹速度之间的相互关系的有限元模型的结果。我们表明，对于低施加载荷的裂纹速度达到在实验中测得的值，和裂纹表面粗糙度是兼容的对数标度。在较高的载荷下，裂纹扩展速度增加，裂纹粗糙度指数接近实验中短尺度下的测量值。在高各向异性的情况下，裂纹速度与各向异性材料的实验测量值完全一致，并且我们能够根据我们在以前的工作中引入的效率函数明确地解释结果[A. Parisi和R. C. Ball，Phys.Rev.B，66（16）165432（2002）]。导致裂纹速度降低和对数标度出现的机制是“尝试”分支，而粗糙度指数发展时，分支成功地增长到宏观尺寸。
2005-06-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Atomistic Indicators of the Ductile-to-Brittle Transition in Polycrystalline Tungsten: Temperature and Rhenium Effects on Crack-Tip Plasticity
Merrimack College（梅里马克学院）
该研究通过分子动力学模拟，探究温度和铼含量对多晶钨裂纹尖端塑性的影响，揭示了高应变速率下韧脆转变的原子级指标，为理解体心立方金属的断裂行为提供了依据。
2026-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Crack (Non)Propagation in Amorphous Media
通过对具有成对中心力相互作用的二元合金的分子动力学模拟，研究了非晶材料中I型裂纹的扩展。我们发现，当系统受到恒定的位移后，引入种子裂纹，裂纹不扩展。这被发现是真实的修改后的Lennard-Jones势的福尔克和我们自己设计的较短范围的潜力。用这些电位制备的晶体样品表现出正常的脆性断裂，并伴有裂纹。只有在承受不断增加的应变时，玻璃上的裂缝才会变长。即使在这里，一旦应变停止增加，裂纹尖端也停止移动。我们检查了我们的模型材料的应力-应变曲线，发现它们没有表现出韧性材料的饱和应力平台特性。我们在这个系统中的裂纹扩展的失败归因于许多亚稳定配置的可用性裂纹尖端，用于吸收的能量，否则将驱动裂纹。我们的结论是，这类模型是不足以描述脆性玻璃中的裂纹扩展。
2004-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Cracks in random brittle solids: From fiber bundles to continuum mechanics
统计模型对于更好地理解无序在脆性无序固体中的作用至关重要。纤维束模型作为一种范式发挥着特殊的作用，在简单性和非平凡效应之间取得了很好的平衡。我们在这里介绍了一个变体的纤维束模型，其中的负载是通过一个非常顺应性的膜之间的纤维转移。这种软膜纤维束模式在一维中简化为经典的局部负荷分担纤维束模型。突出的连续极限的模型允许计算等效的纤维束的韧性，因此讨论成核的关键缺陷。韧性的计算允许绘制一个简单的连接与裂纹前沿扩展（脱钉）模型。
2015-11-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Experimental and analytical insights on fracture trajectories in brittle materials with voids
在过去的几十年中，已经开发了断裂扩展的分析模型，现在又重新受到关注;它们的适用范围因不同材料和不同载荷条件而异。系统的实验测量和数值模拟提出了对小空隙（圆形和椭圆形）的固体中的裂纹轨迹发展的渐近预测。实验还涵盖了动态政权，其中新的功能，涉及裂纹扭结和粗糙度的断裂表面发生。
2015-09-18 cond-mat.mtrl-sci
A generalized machine learning framework for brittle crack problems using transfer learning and graph neural networks
Auburn University（奥本大学）
尽管最近取得了成功，但机器学习（ML）模型（如图神经网络（GNN））仍存在缺点，例如需要大型训练数据集，以及对未知情况的性能较差。在这项工作中，我们使用迁移学习（TL）方法来规避对大型数据集进行再训练的需求。我们将TL应用于现有的ML框架，训练预测多裂纹扩展和应力演化的脆性材料下的模式-I加载。新的框架，ACCURATE通用fRACTure仿真器（ACCURATE），推广到各种裂纹问题，通过使用一系列TL更新步骤，包括（i）任意裂纹长度，（ii）任意裂纹方向，（iii）方域，（iv）水平域，（v）剪切载荷。我们表明，每个TL更新步骤使用20个模拟的小训练数据集，ACCURATE在Mode-I和Mode-II应力强度因子以及这些问题的裂纹路径中实现了高预测精度。案例研究（一）-（四）的百分比。我们证明了ACCURATE的能力，预测裂纹扩展和应力演化的高精度看不见的情况下，涉及新的边界尺寸与任意裂纹长度和裂纹方向的拉伸和剪切载荷的组合。与基于XFEM的断裂模型相比，我们还展示了高达2个数量级的加速模拟时间（200倍）。ACCURATE框架提供了一个通用的计算断裂力学模型，可以很容易地修改或扩展在未来的工作。
2022-11-22 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Dynamic Fracture in Single Crystal Silicon
我们测量了脆性单晶硅中裂纹扩展速度与裂纹尖端能量流的关系。实验的目的是允许直接比较分子动力学模拟，因此实验提供了一个间接的，但灵敏的测试原子间的潜力。在原子尺度上对脆性裂纹运动进行分子动力学模拟，我们发现实验和模拟不一致，表明原子间势尚未得到很好的理解。
1999-04-05 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
A damage mechanics model for quasi brittle materials based on the structured deformation theory
在不可逆过程热力学框架内，采用结构变形理论构建了适用于准脆性材料的损伤模型，引入Mohr-Coulomb准则与硬化软化函数描述应力应变演化，并通过Kupfer混凝土数据库验证。
2024-11-13 cond-mat.mtrl-sci
To crack, or not to crack: How hydrogen favors crack propagation in iron at the atomic scale
Zernike Institute for Advanced Materials, Faculty of Science and Engineering, University of Groningen（格罗宁根大学科学工程学院泽尔尼克高级材料研究所）；Engineering and Technology Institute Groningen (ENTEG), Faculty of Science and Engineering, University of Groningen（格罗宁根大学科学工程学院工程与技术研究所）
本研究通过分子动力学模拟揭示氢在铁中促进裂纹扩展的机制，发现氢扩散和表面能变化是导致脆化的关键因素，并提出改进的格里菲斯准则。
2025-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Discontinuous Crack Fronts of Three-Dimensional Fractures
通过直接观察凝胶中的脆性裂纹，研究了裂纹前缘的三维结构与断裂表面形貌之间的关系。在这项研究中的一个关键概念是裂纹前沿的不连续性，其前进创建的断裂面。我们讨论了我们的研究结果在一般的三维脆性断裂的研究意义。
1998-10-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Atomistic Study of Radiation-Induced Ductile-to-Brittle Transition in Austenitic Steel
本文通过分子动力学模拟研究辐照Fe-Ni-Cr合金的韧脆转变，揭示空洞促进裂纹扩展而位错环阻碍并偏转裂纹的机制，并将断裂能分解方法推广至辐照材料以量化表面能与塑性功的贡献。
2025-07-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene Design with Parallel Cracks: Abnormal Crack Coalescence and Its Impact on Mechanical Properties
Korea Advanced Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）；California Institute of Technology（加州理工学院）；Universidade Estadual de Campinas（坎皮纳斯州立大学）
本研究通过分子动力学模拟探讨了石墨烯中平行裂纹的相互作用及其对机械性能的影响，发现裂纹合并会降低结构强度，而增大裂纹间距可促进断裂行为从脆性向韧性转变。
2025-07-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
A Variational Phase-Field Model For Ductile Fracture with Coalescence Dissipation
提出了一种新的韧性断裂模型相场。该模型是在一个一致的变分框架内开发的有限变形运动学的背景下。一种新的聚结耗散引入了一个新的塑性和断裂之间的耦合机制，通过降低断裂韧性作为等效塑性应变的增加。建议的模型进行了比较，最近的替代方案，其中塑性和断裂是强烈耦合。几个有代表性的数值例子激励特定的建模选择。特别是，一个线性裂纹几何函数提供了一个“未受干扰”的韧性响应裂纹萌生之前，和洛伦兹型退化功能，确保临界断裂强度保持独立的相场正则化长度。此外，该模型的响应被证明收敛与消失的相场正则化长度。然后，该模型被应用到校准和模拟具有复杂几何形状的铝试样的三点弯曲实验。建议的合并耗散耦合的实验模拟的效果首先在一个二维平面应变设置进行了研究。校准后的模型，然后应用到一个三维的计算，其中计算的载荷-挠度曲线和裂纹轨迹显示出良好的协议与实验观察。最后，该模型被应用到模拟裂纹的成核和生长的试样从最近的桑迪亚断裂挑战。
2021-03-11 cond-mat.mtrl-sci
Equilibrium and absolute minimal states of Mumford-Shah functionals and brittle fracture propagation
通过几何分析和构形分析相结合的方法，研究了一般Mumford-Shah泛函的绝对极小和平衡态的性质，并将其应用于准静态脆性断裂扩展模型.主要结果涉及的物理量之间的数学关系，作为能量释放率和能量集中的三维裂纹形状复杂，被视为外部措施生活在裂纹边缘。
2008-03-14 cond-mat.mtrl-sci math.AP
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
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
Griffith cracks in the mesoscopic microcrack theory
细观概念被应用于描述微裂纹脆性材料。在微裂纹按Rice-Griffith演化规律发展的特殊情况下，求解了介观方程。在简单加载条件下，两种不同的初始裂纹分布函数的情况下，裂纹分布函数的演变进行了研究。计算了平均裂纹长度随时间的变化关系。
2003-12-22 cond-mat.mtrl-sci
Bridging perturbation and variational approaches in brittle fracture
Navier, Ecole des Ponts, Univ Gustave Eiffel, CNRS（纳维尔实验室，巴黎国立桥梁学院，古斯塔夫·埃菲尔大学，法国国家科学研究中心）；Computational Mechanics of Building Materials, Institute for Building Materials, ETH Zürich（建筑材料研究所，苏黎世联邦理工学院）；Department of Microsystems Engineering (IMTEK), University of Freiburg（弗莱堡大学微系统工程系）
本文提出一种变分降阶模型，用于三维平面裂纹传播的变分分析，结合Rice的扰动理论与Francfort-Marigo的变分断裂理论，通过能量最小化解决非凸优化问题，验证了分析解并进行了大规模模拟以研究裂纹传播中的有限尺寸效应和模式混合影响。
2026-05-12 cond-mat.mtrl-sci
Application of a linear elastic - brittle interface model to the crack initiation and propagation at fibre-matrix interface under biaxial transverse loads
采用一种新的线弹性-（理想）脆性界面模型，研究了复合材料在拉/压远程双向横向载荷作用下纤维-基体界面裂纹的萌生和扩展。在该模型中，界面由连续分布的弹簧表示，其模拟薄弹性层的存在。初始线性弹性弹簧的法向和切向连续分布的本构律考虑了一旦界面的一部分断裂，纤维和基质之间可能的无摩擦弹性接触。脆性破坏准则的弹簧的分布，这使得裂纹的发生和扩展的研究。该界面失效准则考虑了界面断裂韧性随断裂模式混合度的变化。本界面模型的主要优点是它的简单性，鲁棒性和计算效率时，所谓的顺序线性分析。此外，在目前的平面应变问题的一个单一的纤维嵌入在一个矩阵进行均匀远程横向载荷，该模型可以用来获得界面裂纹萌生的解析预测。由二维边界元分析提供的数值结果表明，纤维-基体界面失效起始于界面点附近的有限脱粘，在该界面点处首先达到失效标准（在增加的比例载荷下），这种脱粘进一步沿界面以混合模式传播，甚至在某些配置中，裂纹尖端处于压缩状态。脱粘起始位置和相关的临界载荷的分析预测用于检查所实施的计算程序，获得了极好的一致性。
2013-11-19 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Dynamic phase-field model for brittle fracture in grounded glaciers
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；Vanderbilt University（范德堡大学）
针对接地冰川脆性断裂模拟的非物理问题，本文提出动态相场断裂模型，引入Kumar等人模型的新动态公式，考虑惯性可得到贯穿冰层的尖锐局域化裂纹，提升了冰川断裂模拟的合理性。
2026-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Damage mechanisms in the dynamic fracture of nominally brittle polymers
线弹性断裂力学（LEFM）提供了一个一致的框架来定量评估释放到扩展裂纹尖端的能量通量。尽管如此，裂纹选择速度以响应这种能量通量的方式仍然远未完全理解。为了揭示潜在的机制，我们实验研究了聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的动态失效过程中发展的损伤和耗散过程，传统上被认为是脆性非晶材料的原型。我们证明了一个定义明确的临界速度沿故障切换名义脆性准脆性，裂纹扩展的手与微裂纹的成核和生长。通过对断裂表面的事后分析，我们能够以微米/纳秒分辨率重建完整的时空微裂纹动力学。我们证明了单个裂纹前沿的真实局部扩展速度被限制在一个相当低的值，这可以比在连续水平尺度上测量的表观速度小得多。通过与主锋的结合，微裂纹通过几何原点的加速因子提高宏观速度。我们讨论的关键作用，损伤相关的内部变量在宏观断裂动力学的选择。
2013-04-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Phase-Field Modeling of Coupled Brittle-Ductile Fracture in Aluminum Alloys
含析出相铝合金的断裂至少涉及两种机制，即富铝基体的韧性断裂和析出相的脆性断裂。在这项工作中，耦合晶体塑性相场模型的混合韧脆破坏模式的制定和使用的影响，在铝合金中的损伤演化的沉淀形态和尺寸分布的调查。在断裂过程区的弹性和塑性功耗散的一致性框架被用来制定脆性和韧性损伤的耦合本构行为，分别。产生具有不同颗粒形态和取向的代表性体积元（RVE），并模拟其单轴载荷以评估不同模型微结构的抗损伤性。对于铝基体的临界能量释放率$G_c$值范围为4至8 Jm $^{-2}$的单晶和10至16 Jm $^{-2}$的多晶体，该模型预测的变化，从颗粒脱粘到开裂，然后韧性基体失效。观察到颗粒失效机制的变化，作为增加$G_c$的结果，单，多晶模型微观结构。对于颗粒脱粘的情况下，与其他研究的情况相比，具有圆形或椭圆形颗粒（主轴垂直于加载方向）的微观结构显示出更高的延展性和断裂功。在颗粒开裂的情况下，与平行于加载轴排列的椭球形颗粒的显微组织显示出较高的延展性和断裂功之间的调查的情况下。模拟定性再现实验观察到的颗粒失效机制（开裂和脱粘）的两个不同的基体合金类（商业纯和2xxx合金）与陶瓷颗粒增强。
2022-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Numerical study of interface cracking in composite structures using a novel geometrically nonlinear Linear Elastic Brittle Interface Model: mixed-mode fracture conditions and application to structured interfaces
界面开裂是纤维增强复合材料最主要的失效形式之一。FRP复合材料高科技应用的最新趋势是利用承载能力的极限，通常包括几何和材料特征的显着非线性效应的发展。在这项调查中，我们提出了一个全面的评估新的线弹性脆性界面模型（LEBIM）在几何非线性应用经历混合模式断裂条件。触发断裂事件的界面模型是通过类似连续假设的简化（对于初始非零界面厚度）制定的，并允许纳入面内变形效应的潜在作用。本界面模型的性能通过模拟混合模式脱层的试样，特别注意其在样品中的应用，配备了结构化的接口。目前的预测与实验数据非常一致，验证了所提出的方法。
2020-05-15 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
Phase field cohesive zone modeling for fatigue crack propagation in quasi-brittle materials
本文扩展相场内聚区方法以模拟准脆性材料（如混凝土）的疲劳裂纹扩展，通过多种疲劳行为和二维/三维边值问题验证，证明其能准确捕捉疲劳裂纹扩展，并给出改进预测能力的建议。
2024-02-04 cond-mat.mtrl-sci cs.CE physics.app-ph
Steady-state mode I cracks in a viscoelastic triangular lattice
我们继续研究理想脆性粘弹性晶格模型中稳态裂纹的精确解，重点是三角形系统中的模式I。我们解决的问题包括裂纹速度与驱动曲线，以及发病的额外的债券断裂，标志着出现复杂的时空行为。有些令人惊讶的是，临界速度为这个过渡成为一个减少的功能的耗散足够大的值。最后，我们简要地讨论了我们的研究结果可能的相关性的实验模式I裂纹不稳定性。
2000-02-20 cond-mat.mtrl-sci
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
Shack-Hartmann wavefront sensing: A new approach to time-resolved measurement of stress intensity during dynamic fracture of small brittle specimens
本文提出用SHWFS替代DGS，以微米级空间和亚微秒时间分辨率测量毫米级脆性试样动态断裂的表面斜率，并提取表观应力强度因子演化。
2023-10-02 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Slip energy barriers in aluminum and implications for ductile versus brittle behavior
在裂纹尖端位错发射的Peierls模型分析的框架内，我们考虑了铝的脆性与韧性行为。为此，我们进行第一性原理量子力学计算的不稳定的堆垛能$γ_{us}$的铝沿肖克利部分滑移路线。我们的计算是基于密度泛函理论和局域密度近似，包括全原子和体积弛豫。我们发现，在铝$γ_{us} = 0.224$ J/m $^2$。在Peierls模型分析中，该值将预测脆性固体，这引起了一个有趣的问题，因为铝通常被认为是韧性的。解析度可由以下三种可能性之一给出：（a）铝在零温度下确实是脆性的，而在有限温度下由于预先存在的位错的运动而变得延性，位错的运动使裂纹尖端的应力集中松弛。(b)裂纹尖端的位错发射本身就是一个热激活过程。(c)铝实际上在所有温度下都是可延展的，为了解决明显的矛盾，所采用的理论模型需要显着改进。
1996-04-26 cond-mat.mtrl-sci mtrl-th
A novel framework to model the fatigue behavior of brittle materials based on a variational phase-field approach
提出了一种新的基于相场断裂方法的脆性材料疲劳行为变分模型。对标准正则化自由能泛函进行了修正，引入了一个疲劳退化函数，当适当的历史变量累积时，该函数有效地降低了断裂韧性。这种宏观方法允许再现脆性材料中疲劳裂纹扩展的主要已知特征。数值实验表明，Wöhler曲线、裂纹扩展速率曲线和Paris定律都能自然恢复，而Palmante-Miner准则和单调加载条件作为特例得到。
2018-11-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
Why planar cracks fragment into echelon cracks
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）
研究脆性材料中平面裂纹破碎成雁列裂纹的问题，通过与经典实验比较，用弹性和表面能之和的强度约束最小化解释其形成，确定关键无量纲参数，证实模型适用性，指出纯粹能量最小化模型不足。
2026-07-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A versatile numerical approach for calculating the fracture toughness and R-curves of cellular materials
我们开发了一种计算脆性和弹塑性晶格材料的I型R曲线的数值方法，并揭示了晶格拓扑结构，相对密度和组成材料行为对二维各向同性晶格的增韧响应的影响。该方法是基于对单边缺口弯曲（SENB）试样的J积分的有限元计算，单个杆件建模为具有线弹性或幂律弹塑性本构行为和基于最大应变的损伤模型的梁。三个二维各向同性晶格拓扑结构（三角形，六边形和戈薇）和两个组成材料（代表脆性陶瓷（碳化硅）和应变硬化弹塑性金属（钛合金））的结果。我们提取的初始断裂韧性和R-曲线的所有晶格，并表明（i）弹性脆性三角形晶格表现出增韧（上升R-曲线），和（ii）弹塑性三角形晶格显示显着增韧，而弹塑性六边形晶格失败的脆性方式。我们表明，这种故障行为的差异可以解释的塑性区的大小，裂纹扩展后增长，并得出结论，晶格中的裂纹扩展的性质（脆性与韧性）取决于组成材料和晶格结构。虽然结果为二维桁架格，所提出的方法可以很容易地应用到三维桁架和壳格，只要裂纹尖端位于一个单元格的空的空间。
2020-03-17 cond-mat.mtrl-sci
