断裂力学（fracture mechanics）的最新研究进展

 

这篇综述文章旨在更好地了解正在进行的可添加制造微孔结构断裂行为的研究。尽管最近对微孔结构力学的研究越来越多，主要是对其本构行为和结构优化的研究，但对断裂行为的理解仍处于初级阶段，尤其是对功能图案化的微孔结构。在全面回顾过去和当前研究活动的同时，本文讨论了全面覆盖该领域未探索领域所需的潜在未来方向。

 

 

 

有限断裂力学的耦合准则（FFM）已经成功地应用于评估在准静态载荷条件下裂纹和缺口结构的脆性失效萌生。FFM的独创性在于通过同时满足应力要求和能量平衡来解决故障的发生，这两项都是在应力提升器前面的有限距离内计算的。因此，该长度是一个结构参数，因此能够与所研究的几何形状相互作用。这项工作旨在将FFM失效标准扩展到动态载荷。为此，首先列出了适当的动态失效标准的一般要求。然后，假设存在与宏观失效时微裂纹聚结期有关的材料时间间隔，提出了新的FFM动态扩展（DFFM）。在此基础上，研究了DFFM模型在外部招标与动态应力场和能量释放率之间的一对一关系成立的情况下。在这种情况下，DFFM也根据文献中关于岩石材料的适当实验数据进行了验证，并被证明能够正确地捕捉到随着加载速率的增加而增加的破坏载荷，从而被证明是一种适合于模拟脆性和准脆性材料中破坏起始速率依赖性的新技术。

 

 

进行了理论实验研究，以解决具有脆性行为的两种基质（泥土和砂浆）与猪毛（一种有机纤维，是世界范围内食品工业的大量废物）之间界面的力学和破坏模式。对拔出力进行了全面的统计分析，计算了纤维嵌入长度、直径变异性和基体年龄的影响。实验结果与断裂力学理论进行了对比，以描述其在这方面的行为。结果表明，纤维长度、直径的可变性和基质的年龄都不影响本工作中评估的两种基质的拔出力。我们的结果显示了这些界面的脆性，这也是使用高速相机观察到的。将纤维的拉伸载荷与拔出力进行比较，表明这些纤维总是在其弹性范围内工作。这项工作直接有助于联合国2015年颁布的可持续目标9、11和15，有助于理解用作加固建筑基质的废物的断裂力学。

 

 

 

为了基于断裂力学预测混合模式下机械长裂纹的疲劳极限，对倾斜缺口进行了疲劳试验。结果发现，疲劳裂纹扩展的损伤累积（DA）模式发生在裂纹尖端。DA模式是由微孔的形成和聚集引起的。因此，通过考虑DA模式裂纹扩展长度来修改初始裂纹长度的方法在疲劳极限预测中显示出潜在的应用前景。此外，还提出了DA和正态模式的分类方法。

 

 

 

 

 

 

本研究对压水堆压力容器封头在事故工况下进行了断裂力学分析。为此，假设在封头的最高应力集中位置存在从微小裂纹到最坏情况裂纹的各种椭圆表面裂纹。分析的事故工况为小破口冷却剂损失事故（SB-LOCA）和Rancho-Sec瞬态（RST）。基于最坏情况裂纹应力强度因子的最大线弹性断裂力学’a=0.25th；a=SB-LOCA和RST下的0.33 c'分别为104.37 MPa√m和137.12 MPa√m，小于材料的断裂韧性值155.6 MPa√m。因此，意外情况不会威胁拟建封头的结构完整性。