Advanced crack tip field characterization using conjugate work integrals
裂纹尖端载荷的定量表征是断裂力学的基础。虽然已知高阶项对裂纹扩展和稳定性的潜在影响，但经典研究仅依赖于一阶应力强度因子。我们计算高阶威廉姆斯系数使用共轭功积分的基础上的积分技术和研究的收敛性与裂纹尖端距离的增加。我们比较的积分方法，以国家的最先进的拟合方法，并提供结果的高阶项与几个裂纹长度，外力，和广泛使用的中间拉伸，单边裂纹拉伸，和紧凑的拉伸试样在模式I加载下的尺寸。
2023-01-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
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
Strain gradient plasticity modeling of hydrogen diffusion to the crack tip
在这项工作中，氢向断裂过程区扩散检查占局部硬化由于几何必要位错（GNDs）通过应变梯度塑性（SGP）。在有限变形理论内进行有限元计算，以表征梯度增强的应力升高和随后的氢向裂纹尖端的扩散。结果表明，GNDs，在传统的塑性预测缺席，发挥了根本性的作用，氢运输提前裂纹。SGP的估计提供了一个很好的协议与实验测量的裂纹尖端变形和高水平的晶格氢浓度预测微米内的裂纹尖端。深入讨论了氢脆机理的理解的结果的重要意义。
2017-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Generalised boundary conditions for hydrogen transport at crack tips
我们提出了一个通用的框架，用于解决电化学扩散界面和模拟裂纹尖端附近的氢输运。通过诺伊曼型广义边界条件捕获吸附和吸收动力学。扩散模型包括捕获的作用，具有恒定或不断变化的陷阱密度，以及流体静力应力的影响。常规塑性和应变梯度塑性都被用来模拟固体的力学行为。显着的差异被发现在估计裂纹尖端氢浓度相比，规定一个恒定的氢浓度在裂纹表面的共同程序。
2020-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Real-time observation of non-equilibrium liquid condensate confined at tensile crack tips in oxide glasses
由于裂纹在氧化物材料中以低裂纹速度的扩展部分地由化学腐蚀决定，因此正确了解裂纹尖端化学对于理解这些材料中的断裂至关重要。这样的知识只能从现场研究中获得，因为在裂纹尖端高度受限的环境中发生的过程与在自由表面发生的过程非常不同，或者可以追溯到死后。我们报告的发生之间的两个断裂面附近的拉伸裂纹的尖端在二氧化硅的含水液体冷凝物。在应力腐蚀状态下，通过原子力显微镜（AFM）以连续控制的裂纹速度进行实时观察。冷凝物的形成和变化的程度和形状被证明在不同的裂纹速度在很宽的宏观湿度范围。通过AFM相衬数据的研究证实了它的液体性质。据信，在裂纹尖端的纳米级液体含水相的这一证据将使新的见解，在氧化物材料的故障的化学。
2005-09-08 cond-mat.mtrl-sci
A universal crack tip correction algorithm discovered by physical deep symbolic regression
本文利用物理深度符号回归，从模拟裂纹数据中发现通用裂纹尖端修正公式，并应用于DIC实验数据，实现可靠检测，提升裂纹扩展曲线稳定性。
2024-03-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.app-ph
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
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
Stress and dislocation distributions near a crack tip in ductile single crystals
在连续位错理论的范围内，给出了在每个半平面上只有一个活动滑移系的单晶平面应变裂纹问题的渐近分析。这种渐近分析的结果表明，在塑性形变过程中，平方根应力奇异性仍然有效，而位错密度与应力强度因子成正比，并按距裂纹尖端距离的平方根分布。给出了位错密度角分布的解析解。
2015-08-14 cond-mat.mtrl-sci
The Structure of the Nonlinear Elastic Zone near the Tip of a Rapid Brittle Crack
由于新的可用结果，作者撤回了这篇论文。稍后将提交纳入新结果的修订版。
2008-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Transonic and supershear crack propagation driven by geometric nonlinearities
本研究证明考虑材料固有的几何非线性可使拉伸（I型）裂纹突破 Rayleigh 波速限制，实现跨音速与超剪切扩展，并改变裂纹尖端的奇异性及相关物理行为。
2024-01-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Dynamic Crack Tip Equation of Motion: High-speed Oscillatory Instability
基于近端非线性尺度区$\ell_{nl}$的自治性、对称性原理、因果性和标度论，提出了动态裂纹尖端运动方程。因果关系意味着在时间$t$的渐近线弹性场由在{ \bf延迟时间} $t-τ_d$的裂纹路径确定，其中延迟时间$τ_d$与$\ell_{nl}$和非线性区域内的典型波速$c_{nl}$之比成比例。由此产生的方程示出同意与已知的结果在准静态政权。作为第一个应用程序中的完全动态制度，近似分析预测的高速振荡不稳定性，其特征尺度是由$\ell_{nl}$。实验结果证实了这一预测，证明了裂纹尖端惯性效应的出现。
2009-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Fast crack propagation by surface diffusion
我们提出了一个连续介质理论，它描述了表面扩散裂纹的快速增长。这种机制克服了通常的尖点奇异性的裂纹尖端半径的自洽选择。它预测的饱和的稳态裂纹速度略低于瑞利速度和尖端钝化。此外，它包括尖端分裂不稳定性的高施加的张力的可能性。
2002-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Transformational process zone emerging at the tip of a propagating crack
本文对应力诱发局部二阶相变扩展裂纹尖端的过程区进行了理论研究。我们表明，该区域只能存在于一定范围内的相图在一侧的相变线取决于的符号的伸缩常数。我们得到这个域的边界，并建立其依赖于裂纹速度。我们证明了临界裂纹速度的存在，高于该区域不能存在。我们报告的超临界解的序参量描述的初始过程区，而远离分歧点，我们解决了问题的数值。
2015-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Effects of crack tip geometry on dislocation emission and cleavage: A possible path to enhanced ductility
我们提出了一个系统的研究裂纹钝化对随后的裂纹扩展和位错发射的影响。我们表明，裂纹传播所需的应力强度因子增加，裂纹钝化多达13个原子层，但只有一个相对温和的量与尖锐的60 $^\circ$角的裂纹。钝化的影响远小于光滑钝化裂纹的预期影响;尖角保持了应力集中，降低了钝化的影响。然而，对于某些材料参数，钝化改变的首选变形模式从脆性解理位错发射。在这样的材料中，裂纹尖端对预先存在的位错的吸收可以导致裂纹尖端被局部阻止，从而导致裂纹尖端的微观韧性显著增加。连续塑性模型已经表明，即使是在微观韧性的适度增加可以导致在宏观断裂韧性的材料的几个数量级的增加。因此，我们提出了一个原子尺度的机制，在裂纹尖端，最终可能会导致高断裂韧性在一些材料中，尖锐的裂纹似乎能够以脆性的方式传播。还介绍了在模式II加载的钝裂纹的结果。
1996-12-17 cond-mat.mtrl-sci mtrl-th
Asymptotic analysis of stresses near a crack tip in a two dimensional colloidal packing saturated with liquid
在干燥胶体分散体中，胶体颗粒的固结受各种因素如颗粒尺寸和形状以及颗粒间电势的影响。由填充床中的颗粒顶层之间形成的毛细压力引起的毛细压力压缩颗粒床，而由边界强制执行的约束导致填充物中的拉伸应力。在这种情况下，床中存在的缺陷或缺陷决定了其极限强度。在这项研究中，我们确定的渐近应力分布在一个缺陷周围的二维胶体填充饱和液体和比较的结果从完全数值解的问题。利用平衡裂纹的Griffith准则，我们将平衡时的临界毛细压力与裂纹尺寸和填充床的力学性质联系起来。分析还给出了获得无裂纹填料的最大允许缺陷尺寸。
2011-02-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Unravelling the mechanisms underlying crack initiation in additively manufactured steel
University of Michigan（密歇根大学）；ESRF, The European Synchrotron（欧洲同步辐射装置）；Michigan Center for Materials Characterization, University of Michigan（密歇根大学材料表征中心）；ENSCM（法国国家化学工程学院）；Imperial College London（伦敦帝国理工学院）；Mines Paris, PSL University（巴黎矿业学院，PSL大学）
研究增材制造钢裂纹萌生机制，结合多模态技术观察裂纹尖端塑性三维演变，发现锻造钢与增材制造合金在裂纹尖端塑性表现不同，揭示抗断裂能力受其空间演变控制，为提高损伤容限提供机理框架。
2026-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Strain gradient plasticity-based modeling of hydrogen environment assisted cracking
通过对钝裂纹尖端应力的有限元分析，强调有限应变和基于唯象和机理的应变梯度塑性（SGP）公式，结合对封闭裂纹尖端氢（H）溶解度的电化学评估和两个H-脱粘模型，预测氢环境辅助裂纹扩展特性。SGP提高了裂纹尖端的几何必要位错密度和流动应力，随着合金强度的增加而降低。升高的静水应力促进裂纹尖端损伤的高捕获的H浓度，它是必须考虑SGP在H开裂模型。阈值应力强度因子和H-扩散限制的第II阶段裂纹扩展速率的预测同意与实验数据的高强度奥氏体Ni-Cu高温合金（蒙乃尔K-500）和两个现代超高强度马氏体钢（AerMet 100和Ferrium M54）强调在0.6 M NaCl溶液中施加的电位范围内。对于Monel K-500，使用经典公式或梯度修正公式可以准确预测KTH与阴极电位的关系;但是，第二阶段的增长速率最好通过裂纹尖端应力的SGP描述来预测，该描述证明了1 μm的临界距离是合理的。对于钢，阈值和增长率最好使用高静水应力，超过6至8倍的合金屈服强度，并延伸到裂纹尖端前1 μm。这种应力几乎实现了三长度的现象学SGP配方，但额外的应力增强是必要的，可能是由于尖端的几何形状或滑移微观结构。
2017-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Cracks Cleave Crystals
找到裂缝应该向哪个方向移动的问题并没有完全解决。一种普遍接受的预测裂纹方向的方法是通过计算远离裂纹尖端储存的弹性势能的密度，并找到裂纹运动的方向，以最大限度地消耗这种能量。我在这里提供一个具体的情况下，这一规则失败。这个例子是晶体中的裂纹。它沿着晶面断裂，而不是沿着通常预测释放最多能量的方向。因此，一个正确的运动方程的脆性裂纹必须考虑到这两个能量流，在传统的连续介质理论和附近的环境的细节，而不是。
2004-03-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A Direct Derivation of the Griffith-Irwin Relationship using a Crack tip Unloading Stress Wave Model
这是这篇短文的目的是表明，著名的格里菲斯理论的脆性断裂可以重新解释为一个简单的情况下修改的哈密顿量，并对应于一个固定的行动解决方案，使用欧拉-拉格朗日方程。在推导过程中，仍然需要采用与Irwin应力强度因子法等价的方法来得到Griffith-Irwin方程。然后，它表明，如果物理断裂建模使用一个简化的裂纹尖端应力波卸载模型，然后格里菲斯-欧文关系可以在一个单一的过程中，这是一个主要的简化过程。此外，简化的裂纹尖端应力波卸载模型提供了一个更清晰的视图的基本物理断裂。关键词：断裂，Griffiths，Hamilton，应力波.
2008-10-13 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
Why is nacre strong? II: remaining mechanical weakness for cracks propagating along the sheets
在我们以前的论文（Eur。Phys.J.E4，121（2001）），我们提出了用于珍珠层或硬层和软层的分层结构的粗粒弹性能。然后，我们分析了垂直于层的裂纹，并提出了这种物质韧性增强的一个可能原因。在本文中，我们考虑一个平行于层的裂纹。我们提出了一个新的术语添加到以前的弹性能量，这是与层的弯曲。我们发现，有两个制度的平行断裂解决方案的弹性能量;附近的断裂尖端的变形场是由一个抛物型微分方程，而远离尖端的字段遵循通常的椭圆方程。分析结果表明，断裂尖端是透镜状的，正如一篇关于近晶相液晶的论文（P.G. de Gennes，Europhys. Lett. 13（8），709（1990））。相反，远离尖端，应力和变形分布恢复通常的奇异行为（分别为sqrt（x）和1/sqrt（x），其中x是到尖端的距离）。这表明在平行断裂的情况下韧性没有增强。
2002-03-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
In situ elucidation of mechanisms governing crack transition to plasticity arrest
National Physical Laboratory（英国国家物理实验室）；Department of Materials, Royal School of Mines, Imperial College London（帝国理工学院皇家矿业学院材料系）；Department of Mechanical Engineering, Imperial College London（帝国理工学院机械工程系）
研究通过原位实验揭示冷加工AA-5052合金裂纹在低驱动力下混合模式传播，并在裂纹尖端过程区扩展时转变为塑性主导裂纹，通过能量分区和过程区扩展实现阻滞。
2026-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Cleaved surface of i-AlPdMn quasicrystals: Influence of the local temperature elevation at the crack tip on the fracture surface roughness
目前分析了i-AlPdMn解理表面的粗糙度。从原子尺度到2-3 nm，它们显示出隐藏簇（0.45 nm）非周期性结构的标度特性。这些性质与在各种无序材料上观察到的性质在数量上相似，尽管是在其他长度尺度范围内。这些属性被解释为在裂纹尖端2-3 nm宽的区域内发生的损伤机制的签名。这个过程区的大小发现其起源在裂纹尖端的局部温度升高。对于第一次，这种效果被报道是负责从一个完美的脆性行为过渡到一个纳米延性。
2006-09-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
The typical manners of dynamic crack propagation along the metal/ceramics interfaces: A molecular dynamics study
这封信解决的问题，界面裂纹扩展机制的各种接口与使用分子动力学。通过MD模拟发现了4种不同的界面裂纹扩展方式：1、裂纹严格沿界面扩展; 2、裂纹尖端孪晶形核导致裂纹尖端钝化; 3、子裂纹先于主裂纹出现并与母裂纹合并; 4、裂纹尖端钝化并伴有层错形核。此外，还利用粘结强度系数λ来识别界面的类型。λ> 0.9的界面为有序界面，界面裂纹以Ⅰ型或Ⅱ型扩展。而λ< 0.9表示界面无序，界面裂纹以Ⅲ型和Ⅳ型为主。本文阐述了界面结合强度对金属/陶瓷纳米复合材料界面裂纹扩展机理的影响。
2014-04-16 cond-mat.mes-hall 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
The effects of shear and near tip deformations on interface fracture of symmetric sandwich beams
采用基于二维弹性和线弹性断裂力学的半解析方法，研究了剪切对具有各向同性夹层和面板/芯材界面脱粘裂纹的对称夹层梁的能量释放率和模态混合度的影响。半解析表达式推导出剪切分量的能量释放率和模式混合相位角，这取决于通过精确的有限元分析得出的四个数值系数。的表达式相结合的三层结构进行弯曲力矩和轴向力的早期结果，以获得解决方案的夹层梁在一般的负载条件下，并为广泛的几何和材料性能。只要裂纹和裂纹尖端前方韧带的长度大于最小长度，则结果适用于用于表征民用、海洋、能源和航空应用的夹层复合材料断裂性能的实验室样本。的物理和力学意义的能量释放率取决于剪切力的条款解释使用结构力学的概念和引入裂纹尖端根旋转占近尖端变形的主要影响。
2018-02-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Tearing of thin sheets: Cracks interacting through an elastic ridge
研究了脆性薄板撕裂过程中准静态扩展裂纹间的相互作用。我们表明，裂纹吸引对方的路径所描述的幂律弹性和断裂能之间的竞争。幂律指数（8/11）与实验结果吻合较好。我们还表明，第二（渐近）制度，与9/8的指数，出现两个裂纹尖端之间的小距离，由于有限的横向曲率的弹性脊连接它们。
2014-12-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
3D HR-EBSD characterization of the plastic zone around crack tips in tungsten single crystals at the micron scale
利用高角分辨率电子背散射衍射（HR-EBSD）结合聚焦离子束（FIB）切片技术，对W单晶中的几何必需位错（GNDs）进行了三维表征。通过FIB制造具有缺口的类似尺寸的悬臂，并在不同温度（21 $^{\circ}$ C、100 $^{\circ}$ C和200 $^{\circ}$ C）下在扫描电子显微镜内刚好在微尺度脆韧性转变（BDT）之上变形。进行J积分测试以分析裂纹扩展并确定断裂韧性。在所有三个温度下的塑性区被发现是更大的接近自由表面比试样内部，类似于宏观尺度的拉伸试验。然而，在更高的温度下，塑性区的3D形状从位于裂纹尖端前方变为蝶形分布，从而更有效地屏蔽裂纹尖端并抑制裂纹扩展。比较两个相同变形的样品，这是从两个不同方向的FIB切片，以评估的可靠性的GND密度估计HR-EBSD。Nye张量分量的分布的分析用于区分在样品中成核的GNDs的类型。不同类型的位错在塑性区中的作用进行了讨论，我们证实早期的研究结果，W的微尺度BDT主要是由螺旋位错在裂纹尖端的前面的成核控制。
2020-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Crack tip fields and fracture resistance parameters based on strain gradient plasticity
用解析和数值方法研究了应变梯度塑性固体的裂尖力学。采用基于Taylor位错模型的一阶机构应变梯度塑性理论，并通过用户子程序在商用有限元软件ANSYS中实现。考虑了两个边值问题，一个是单边拉伸试件，另一个是双向加载板。首先，裂纹尖端场的特点。与位错硬化机制相关的应变梯度效应相对于常规塑性提高了裂纹尖端应力。进行了参数研究，并与传统的塑性预测的差异进行了量化。此外，裂纹尖端解的渐近性质进行了研究。数值结果表明，一阶MSG理论预测的奇异阶数等于或高于线弹性固体的奇异阶数。此外，裂纹尖端场似乎没有一个可分离的解决方案。此外，与高阶MSG塑性理论相反，奇异性阶数对塑性材料的性质表现出敏感性。其次，解析和数值方法制定新的应变梯度塑性振幅因子。导出了一种广义J积分，并将其用于表征非线性振幅因子。得到了解析应力强度因子的闭合方程。通过对裂纹尖端应力场的数值解进行分解，得到了裂纹尖端应力场的幅值因子。在材料长度尺度l和加工硬化指数N的宽范围内确定非线性振幅因子解。确定了应变梯度相关域，为一阶MSG塑性断裂和损伤评估的应用奠定了基础。
2020-10-15 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
Nanoscale crack propagation in clay with water adsorption through reactive MD modeling
采用反应性 MD 模拟叶蜡石与钙基蒙脱石吸水后的 I/II 型纳米裂纹扩展，揭示水分子氢键、裂纹尖端钝化及 Si-O 键断裂主导机制，并确定临界断裂参数。
2022-09-02 cond-mat.mtrl-sci
LEFM is agnostic to geometrical nonlinearities arising at atomistic crack tips
机械工程、材料科学等各个领域，线弹性断裂力学（LEFM）在连续介质尺度上得到了广泛的应用。LEFM也经常应用于原子尺度。然而，它在这个规模的适用性仍然没有得到很好的研究，大多数研究集中在非线性弹性效应。使用在离散晶格上提供与LEFM最接近匹配的谐波（捕捉弹簧）最近邻势，我们表明原子晶格的离散性质导致能量最小化期间与LEFM位移场的偏差。我们建议，这些偏差可以归因于几何非线性，因为材料没有一个非线性弹性响应之前，键断裂。我们表明，裂纹的进展和临界应力强度因子在增量加载的情况下，是由集体加载区域，并不能确定解析的属性（最大）。最大伸长率持续的力量等）的应力裂纹尖端债券单独。
2022-08-24 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
Stress-enhanced ion diffusion at the vicinity of a crack tip as evidenced by atomic force microscopy in silicate glasses
利用原子力显微镜（AFM）在可控气氛下对钠硅酸盐玻璃中裂纹的缓慢扩展过程进行了纳米尺度的原位和实时研究。通过几种效应揭示了在裂纹尖端的亚微米附近的应力梯度场中钠离子的增强扩散：AFM高度图像中的结节的生长，AFM尖端/样品能量耗散的变化。结节模式显示了去湿现象证明了“呼吸图”。进行了补充化学微量分析。这些实验结果通过两步过程来解释：i）钠离子朝向断裂表面的快速迁移（典型时间：几毫秒），如Langford等人[J. Mat. Res. 6（1991）1358]，ii）阳离子的缓慢向后扩散，如在这些AFM实验中所证明的（典型时间：几分钟）。在室温下测量该弛豫过程的扩散系数。我们的研究结果加强了近表面的结构松弛由于在裂纹尖端附近的应力梯度的理论概念。钠离子的不均匀迁移可能是硅酸盐结构中存在富钠通道的直接实验证据[A. Meyer等人，物理修订版93（2004）027801]。
2006-09-22 cond-mat.mtrl-sci
The role of plastic strain gradients in the crack growth resistance of metals
裂纹从短或长的预裂纹的前进是通过在应变梯度、弹塑性固体中的内聚区的渐进破坏来预测的。对于长裂纹和短裂纹，应变梯度的存在导致在静止裂纹尖端存在弹性区。这与以前忽略弹性应变的梯度固体的渐近分析形成鲜明对比。在裂纹尖端处的弹性奇异性的存在产生足够高以激活准解理的应力。对于长裂纹的情况下，裂纹扩展阻力曲线的预测范围很广的比率的内聚区强度屈服强度。值得注意的是，这一特点的弹性奇异性是保存短裂纹，导致严重降低拉伸延性。在定性方面，这些预测类似于那些离散位错计算，包括在裂纹尖端的无位错区的概念。
2019-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Investigation of quasi-cleavage in a hydrogen charged maraging stainless steel
对PH 13 - 8 Mo马氏体时效不锈钢含氢试样进行了慢应变速率试验。氢辅助亚临界准解理裂纹被证明发生在SSRT，从而加速材料失效。断口分析表明，准解理由脆性区和粗糙区组成。使用横截面电子背散射衍射（EBSD）分析的二次亚临界生长裂纹，我们观察到脆性裂纹扩展跨越马氏体块前进的主裂纹尖端。这些裂纹在高角度边界处停止。裂纹方向与沿{100}型面扩展一致。高分辨率EBSD显示了明显的晶格旋转，因此相应的塑性形变，集中在主裂纹尖端和位于其前面的裂纹之间。一个不连续的机制，涉及重新启动新的解理裂纹提前主裂纹尖端的建议。
2022-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Crack propagation as a free boundary problem
一个新发展的锐界面模型描述裂纹扩展的相变过程。我们解决这个自由边界问题的数值，并获得稳定状态的解决方案与自洽选择的传播速度和形状的裂纹，弹性动力学效应考虑在内。此外，我们发现一个饱和的稳态裂纹速度低于瑞利速度，尖端钝化与增加驱动力和尖端分裂不稳定性高于临界驱动力。
2006-07-10 cond-mat.mtrl-sci
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
Curved crack paths are predicted by elastic-charges
该研究提出弹性电荷框架，将裂纹等效为尖端奇异几何电荷，通过其在未扰应力场的传播解析预测裂纹轨迹，经含刃型位错弹性体实验验证吻合良好，为断裂力学提供新解析方法。
2025-02-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Tailoring the crack-tip microstructure: A novel approach
这项研究展示了一种在局部范围内创新性地修改铁素体显微组织的方法，特别是在易发生故障的区域，如夏比V形缺口（CVN）根部。在将样品在650°C下退火（An）15分钟之前，采用高达6%和12%的拉伸预应变（PS）。铁素体晶粒尺寸急剧增加，并逐渐（沿缺口根部前方的距离）在6- 12%的预应变和退火样品的微观结构改性区域内，分别。发现促进应变诱导晶界迁移（SIBM）的临界应变为0.1，这导致异常粗的铁素体晶粒。
2019-02-23 cond-mat.mtrl-sci
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
Stable crack propagation in dislocation-engineered oxide visualized by double cleavage drilled compression test
Technical University of Darmstadt（达姆施塔特工业大学）；Tsinghua University（清华大学）；Université Lille, CNRS, INRAE, Centrale Lille, UMR 8207—UMET—Unité Matériaux et Transformations（里尔大学，法国国家科学研究中心，法国国家农业食品与环境研究院，里尔中央理工学院，联合研究单位8207——材料与转化单元）；Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）
本研究通过改进的DCDC试验原位观察MgO中位错对裂纹扩展的影响，发现位错富集区使裂纹速度降至15%，结合相场与晶体塑性建模揭示机理，为设计更耐断裂陶瓷提供新途径。
2025-08-16 cond-mat.mtrl-sci
An Einstein Model of Brittle Crack Propagation
提出了一个只考虑裂尖原子运动的脆性裂纹扩展的最小非线性模型。该模型捕捉到了稳态裂纹速度的许多基本特征，并且与多体动力学模拟结果具有良好的定量一致性。该模型表现出晶格陷阱。对于高于此值的载荷，裂纹速度急剧上升，达到远低于弹性连续介质理论预测的极限值。我们追踪起源的低极限速度的势阱所经历的裂纹尖端原子的非谐性。
1996-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Crack arrest markings in stress corrosion cracking of 7xxx aluminium alloys: insights into active hydrogen embrittlement mechanisms
本研究结合4D-STEM与原子探针断层扫描揭示7xxx铝合金SCC止裂痕的氧化形成机制及氢致解聚合裂纹扩展证据。
2023-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Dissipative Visco-plastic Deformation in Dynamic Fracture: Tip Blunting and Velocity Selection
由于两个新表面的形成，在广泛类别的材料中的动态断裂揭示了比预期的标称表面能大得多的“断裂能”$Γ$。此外，断裂能取决于裂纹速度$Γ=Γ(v)$。我们表明，一个简单的动力学理论的粘塑性耦合到渐近纯线弹性提供了一个可能的解释上述现象。该理论预测尖端钝化的特点是动态确定的裂纹尖端的曲率曲率半径。此外，我们证明了速度选择裂纹在固定的抓地力带几何形状的识别伴随着$Γ$和它的速度依赖。
2006-05-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Effective Elastic Moduli in Solids with High Crack Density
我们研究了通过随机分布的圆和裂纹的弹性材料的削弱数值和比较结果从均匀化理论的预测。我们发现一个很好的协议的情况下，随机取向的裂纹长度相等的各向同性平面应变介质中的裂纹密度较低，较高的密度，材料是弱于预测由于前体的渗流。对于平行排列的裂纹，渗流不发生，我们分析预测的有效弹性常数的幂律衰减高裂纹密度，并确认这一结果的数值。
2009-07-23 cond-mat.mtrl-sci
An assessment of the J-integral test for a metallic foam
通过有限元模拟与实验相结合，对开孔泡沫铝合金初始裂纹扩展的J积分测试程序进行了评估。实验发现，一个区域的随机失败的支柱发展领先的主裂纹尖端，是可比的塑性区的大小。因此，裂纹尖端J场是不存在的裂纹扩展的初始从主裂纹尖端。这意味着，尽管试样尺寸满足J有效性的通常标准，但测得的J_IC值和J与裂纹扩展Da曲线不能被视为材料特性。在单边缺口弯曲试样上进行了韧性试验，并通过直流电位降法、数字图像相关法和X射线计算机断层成像法测量了裂纹扩展。泡沫的裂纹扩展阻力与两个不同的塑性耗散区相关：（i）从裂纹尖端发出的体塑性区（包含一组随机失效的支柱），以及（ii）前进裂纹尖端后面的裂纹桥接区。的适用性的凝聚力区域模型预测断裂响应进行了探讨所观察到的情况下，大规模的桥接。要做到这一点，FE模拟是通过用可压缩的、弹塑性硬化的固体代替开孔金属泡沫的离散晶格来进行的，而泡沫中的断裂过程区由内聚区表示，其特征在于拉伸牵引与分离定律。的内聚区模型与实验观察的详细比较表明，它是可能的捕获的负载与位移响应，但不使用一组过程区参数的断裂过程区的细节。
2020-04-02 cond-mat.mtrl-sci
The influence of surface stress on dislocation emission from sharp and blunt cracks in f.c.c. metals
我们使用计算机模拟来研究各种f.c.c.中原子级尖锐和钝裂纹的行为。金属.模拟使用包含多体相互作用的有效介质势。我们发现，当使用代表铂和金的电位时，尖锐的裂纹相对于从裂纹尖端发射的位错是稳定的，而对于所有其他金属研究的尖锐的裂纹是不稳定的。这一结果不能解释现有的标准的内在的韧性/脆性行为的裂纹尖端，但可能是由表面应力。当裂纹不再是原子级尖锐时，位错发射在所有研究的金属中变得更容易。该效应相对较强;发生发射的临界应力强度因子降低了20%。这种行为似乎是由裂纹尖端附近的表面应力引起的。表面应力是原子间相互作用的多体性质的结果。位错发射的增强可以使某些材料的断裂韧性增加一个数量级，其中尖锐的裂纹将通过解理扩展。与已经存在的位错的碰撞将使裂纹变钝，如果这阻止了裂纹的进一步扩展，则材料的韧性显著增加。
1999-02-16 cond-mat.mtrl-sci
The Effect of Wedge Tip Angles on Stress Intensity Factors in the Contact Problem between Tilted Wedge and a Half Plane with an Edge Crack Using Digital Image Correlation
Iran University of Science and Technology（伊朗科技大学）；University of Tehran（德黑兰大学）
利用数字图像相关（DIC）实验方法，获得了含边缘裂纹半平面与非对称斜楔接触问题的第一、第二模态应力强度因子（SIF）。在这种技术中，位移和应变场可以测量使用两个数字图像的同一个样品在不同阶段的加载。然而，在该实验的每个阶段中，随后拍摄几张图像以避免噪声影响。将每个阶段的一对图像相互比较。然后，使用计算机代码研究它们之间的相关系数。选择相关系数高于0.8的对作为裂纹尖端附近位移测量的可接受匹配。随后，利用DIC方法得到的位移场计算了试件的应力强度因子。研究了楔尖角度对应力强度因子的影响。此外，DIC方法的结果与光弹性方法的结果进行了比较，它们之间的密切一致。
2015-01-06 cond-mat.mtrl-sci cs.CV physics.optics
Stationary crack propagation in a two-dimensional visco-elastic network model
我们调查在一个简单的二维粘弹性模型中的裂纹扩展，并找到一个缩放制度的传播速度和能量释放率或断裂能之间的关系，以及缩放制度的下限和上限。在我们的研究结果的基础上，存在的下限和上限预计是普遍的或模型独立的：目前简单的模拟模型提供了通用的洞察力的物理裂纹扩展，该模型将是第一步发展一个更精细的粗粒度模型。相对突然的速度变化预测附近的缩放制度的下限和上限的位置可能是很好的标记为发展的强硬的聚合物，为此，我们提供了简单的意见，可能是有用的指导原则增韧聚合物基材料。
2017-06-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
On gradient enriched elasticity theories: A reply to "Comment on 'On non-singular crack fields in Helmholtz type enriched elasticity theories' " and important theoretical aspects
Aifantis的评论，该评论批评了“关于Helmholtz型丰富弹性理论中的非奇异裂纹场”一文[Lazar，M.，Polyzos，D.，2014. Int. J. Solids Struct. doi：10.1016/j.ijsolstr.2014.01.002]通过明确和直接的论点进行反驳。梯度丰富的弹性理论，在这项工作中出现的重要理论方面也进行了讨论。
2015-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Planar 2-D Cracks And Inclusions In Elastic Media
断裂的电学模拟，如熔丝网络模型，得到了广泛的研究。然而，电问题和弹性问题之间的“类比”很少明确建立。此外，熔丝网络是连续断裂问题的离散近似。它很少，如果有的话，表明离散近似确实接近其连续极限。我们直接建立这两种对应关系。
2016-01-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
