断裂论文#35 -什么是有限断裂力学?

这篇博客的主题是一篇写得很好的、技术上详细的热裂纹萌生研究，即两种不同材料之间的粘结接头遇到自由表面。所使用的方法属于有限断裂力学的组名称。论文内容如下:

S. Dölling, S. Bremm, A. Kohlstetter, J. Felger和W. Becker的“使用有限断裂力学预测热诱导边缘裂纹萌生”。工程断裂力学252(2021)107808。

对于任何对真实断裂力学分析感兴趣的人来说，在不知道原始裂缝的所有细节，或者在施加载荷之前它是否存在的情况下，阅读它是一项很好的投资。

与自由表面相遇的具有双材料粘结接头的物体通常经历高应力。在理想条件下，应力奇点出现。只有病态负荷是例外。裂纹萌生假定是由热诱发应力引起的。在所谓的有限断裂力学框架内，选择了基于耦合应力和能量准则的准则。能量的基本部分是裂纹萌生所需的能量，然后开始裂纹扩展。起始所需的能量是将胶粘剂层厚度拉伸到胶粘剂失效点所需的功。

主要的数值方法是边界积分法。通过边界积分方法的基本指导是教育和愉快的，非常赞赏。与有限差分法和有限元法相比，该方法本身是直接和直观的。

作者还包括一个简单的量纲分析，一个优雅的演示如何完成的研究可以扩展，而不需要额外的数值计算。这种简化是基于现有的几个长度参数的缩放。采用边界积分法和有限元法对该方法进行了评价。文中还将应力-能量耦合准则的结果与引入临界应力和临界位移的内聚区模型进行了比较。

我真的很喜欢读这篇有趣的论文。很久以前，当我自己在70年代末在教授的指导下使用内聚区模型研究小裂缝时。K.B. Broberg和G.I. Barenblatt，我们的结果显示了一个意想不到的不稳定性。与预期的不稳定裂纹扩展不同，粘结区尖端开始不受控制的快速裂纹扩展，而裂纹尖端保持静止。

应力和能量耦合准则可能会给出不同的结果。我们的结果当然受到我们所选择的内聚力的影响，内聚力随着内聚力区域边界分离的增加而不断降低。经过短暂的反思，内聚区尖端首先启动似乎是很自然的，快速增长伴随着短裂纹能量释放速率的快速增加。从那时起已经过去了很长一段时间，这些年来，我听到了其他人的类似观察。

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每斯塔尔