动态断裂

  • 不稳定性:分支，振荡，空化
  • 弱非线性理论，裂纹尖端奇点

固体承受机械力的能力是它们的基本特性之一。当一个固体被外部加载时，它的整体能量会通过破碎而减少，即通过创造新的自由表面而不是继续存储机械能。这些破坏过程的主要载体是裂纹，这是非平衡传播耗散结构。裂缝是在极端条件下探测材料行为的“天然实验室”，因为它们的尖端集中了接近数学奇点的应力和应变。此外，裂纹扩展涉及许多相互作用的时间和长度尺度，从大尺度的线弹性强迫到小尺度的强非线性和裂纹尖端附近的耗散。

裂缝经常表现出相当复杂的动力学，包括一些人们知之甚少的不稳定性，而控制裂缝运动的规律在近一个世纪以来一直是人们不断研究的对象。我的研究旨在了解裂纹尖端不稳定的起源和近尖端区域的结构。这项研究结合了理论工具(经典场论、渐近展开、摄动理论、复杂分析、场奇点)，并与实验工作密切互动。

死后的裂缝模式。

由A. Livne和J. Fineberg提供的一组快速传播的裂纹从直线运动转变为振荡运动的照片。

参见物理。《科学通报》98,124301(2007)。


(一)裂纹扩展实验示意图(左)。
裂纹尖端区域(中心)的一个~5mm2特写。红色虚线为线弹性断裂力学(LEFM)预测的抛物线状裂纹尖端开口轮廓。放大裂纹尖端区域，发现存在一个非线性区域(偏离抛物线轮廓)，其大小由δ表示(右)。
(b)放大近尖端区域的印迹示踪场，允许直接测量变形(左)。裂纹尖端附近应变场的y分量测量图(右)。这种“奇异”行为是显而易见的。定量分析证实了动态断裂的弱非线性理论。

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