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断裂论文#31 -刚性泡沫的韧性的讨论
一篇最值得一读的论文，室温和低温下硬质PUR泡沫的静态和动态I型断裂韧性作者:E. Linul, L. maravina, C. vlean, R. b，工程断裂力学，225,2020年2月15日，106274,1 -10，入选本博客。它受到了很多关注，并且在很长一段时间内是EFM中阅读量最大的论文之一。这本书赢得了人们的关注，因为它清晰而简洁地描述了一个复杂的材料，而这个材料还没有得到应有的关注。
顾名思义，本文研究的是固体聚氨酯泡沫材料的断裂力学性能测试。该材料具有闭孔结构。由于其低密度，它经常被用于运输部门。它还具有理想的压缩性能，提供连续和几乎恒定的机械阻力。在夹层复合材料、减震器、包装材料等方面的应用中充分利用了其有益的性能。
我对这些材料没有专业经验，但我遇到过几次，我认识到它的特点。在介绍中出色的描述证实了我所熟悉的一些感觉，即压缩载荷下的破碎和拉伸下的脆性断裂。从文中列出的屈服应力来看，我猜可以手工缩进，比如用手指。
断裂前材料可视为线弹性材料，其弹性极限仅在裂纹尖端的一个小区域内达到，该区域由应力强度因子KI控制。非线性区域的线性范围应该小于裂纹长度的十分之一左右。确切的极限当然取决于具体的几何形状。
由Brown和Srawley于1966年在STP 410中描述的ASTM惯例要求结构钢的韧带、厚度和裂纹长度不应小于2.5(KIc/屈服应力)2。虽然文中没有提及，但结果表明，在所有情况下，试件均满足这些要求，且几乎具有四折安全性，即韧带、厚度和裂纹长度均超过9.6(KIc/屈服应力)2。
当将所得到的韧性KIc应用于裂纹可能太小的实际结构时，其有效性变得非常重要。这不在本文的讨论范围之内。对于线性断裂力学来说，什么时候裂缝太短?这可能不是最迫切需要研究的东西，但我想，在研究结果投入普遍使用之前，必须对其进行检查。我对它与STP 410建议的比较感到特别兴奋。
当屈服或损伤规模过大时，断裂过程区通常失去KI自主性。当断裂过程区的屏蔽作用增加，导致裂纹扩展所需的能量释放率增加时，就会发生这种情况。分析将需要一个更精细的连续力学模型，并结合断裂过程区域的盒状或线状模型。我想材料模型将是一个挑战。
我做了一个小的文献搜索，建立线性断裂力学的极限和非线性模型的应用，超出了固体泡沫材料的极限，但没有找到任何明确的东西。我可能错过了一些。谁知道呢?
每斯塔尔
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评论
亲爱的每,
亲爱的每,
你提出的两个问题中的第一个，即，如果有人发现一个关系，如布朗和斯劳利ASTM惯例，裂纹长度应该大于2.5(KIc/屈服应力)^2的线弹性断裂力学。我不确定它是否适用于结构钢和其他金属以外的其他材料。但我知道它在其他材料上也取得了一些成功。我是一个钢铁人，但我隐约知道其他材料有其他标准…
答:在我们对PUR材料断裂尺寸效应的研究中，我们发现对于足够大的试样，平面应变条件a, B >= 2.5(KIc/屈服应力)^2是适用的，Marsavina, L.等，PUR泡沫材料断裂韧性的改进，工程断裂力学，Vol.129, 2014, pp. 54-66。然而，对于最小尺寸的标本，这种情况并不适用。平面应变条件是验证聚合物材料断裂韧性试验所必需的ASTM 5045-2014。不幸的是，没有标准的方法来测定细胞材料的断裂韧性，ASTM 5045-2014经常被使用。
第二个问题是，如果你或者你知道谁做过塑料泡沫模型或者类似的塑性或损伤模型。我自然而然地认为这是一种损伤而不是可塑性。也许不是很接近金属塑性。
我们将CRUSHABLE FOAM模型应用于无缺口泡沫试样的压缩，与实验和测试期间的热成像测量结果相比，模拟结果很好。更多细节可以在
L Marsavina et al . 2016 IOP Conf. Ser。:母亲。科学。工程123 012060。然而，对于缺口PUR泡沫试样的拉伸行为，由于其存在裂纹或缺口时的拉伸准脆性行为，临界距离理论得以成功应用。参考文献:Voiconi, T.， Negru, R.， Linul, E.， Marsavina, L.和Filipescu, H.(2014)“缺口对聚氨酯材料断裂的影响”，《断裂与集成结构》，8(30)，pp. 101-108;
李建军，张建军，张建军，TCD在多孔材料脆性断裂中的应用，力学与工程，2015，第1卷，第1部分，pp 87-95。
教授及博士列维MARSAVINA
亲爱的列维,
亲爱的列维,
我饶有兴趣地阅读了您的出版物，包括IOP系列会议的社论。我没有找到会议记录本身。如果它们在网上可用，浏览它们将是令人兴奋的。
我们在ASTM条件a, B, t，…≥2.5(KIc/屈服应力)^2要求的最小裂纹尺寸，宽度，厚度等方面都在同一轨道上。它对我们很有好处，但不可否认的是，我们可以同意它不可能是普遍的。极端几何形状以这样或那样的方式或显著不同的非线性材料行为需要调整系数2.5。这样的研究可能会很耗时，而且需要大量的标本。也许你已经有了一个想法，基于你的大量收集的测试结果，测试样品可以有多小，仍然产生准确的韧性。
当然，也有非线性裂纹分析的方法，但基于最重要材料长度尺度(KIc/屈服应力)^2的惯例是第一步，也是最重要的一步，因为它规定了完全没有必要进行更复杂计算的情况。
每
ASTM E399
最新版ASTM E399建议W-a至少等于2.5*(KIc/屈服应力)^2，其中W为试件宽度，a为裂纹长度。Knott在他的断裂力学著作中解释说，铝合金和马氏体时效钢的实验数据表明，临界厚度大致等于裂纹长度限制(即B = a)，通常取试样宽度为厚度的两倍(W=2B)。综上所述，条件W-a至少等于2.5*(KIc/屈服应力)^2就等于条件B至少等于2.5*(KIc/屈服应力)^2。问题是，后者是否也适用于除铝和马氏体时效钢以外的合金，尽管对初步试样施胶有条件B至少等于2.5*(KIc/屈服应力)^2可以使用。记住，ASTM E399是一种高度迭代的平面应变断裂韧性评估方法。因此，B = 2.5*(Kic/屈服应力)^2可以作为其中一个迭代的参数。