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Hyperelasticity governs dynamic fracture at a critical length scale

机译:超弹性控制临界长度范围内的动态断裂

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摘要

The elasticity of a solid can vary depending on its state of deformation. For example, metals will soften and polymers may stiffen as they are deformed to levels approaching failure. It is only when the deformation is infinitesimally small that elastic moduli can be considered constant, and hence the elasticity linear. Yet, many existing theories model fracture using linear elasticity, despite the fact that materials will experience extreme deformations at crack tips. Here we show by large-scale atomistic simulations that the elastic behaviour observed at large strains―hyperelasticity―can play a governing role in the dynamics of fracture, and that linear theory is incapable of fully capturing all fracture phenomena. We introduce the concept of a characteristic length scale for the energy flux near the crack tip, and demonstrate that the local hyperelastic wave speed governs the crack speed when the hyperelastic zone approaches this energy length scale.
机译:固体的弹性可以根据其变形状态而变化。例如,随着金属变形到接近失效的水平,金属将变软并且聚合物可能变硬。只有当变形无限小时,弹性模量才能视为恒定,因此弹性才是线性的。然而,尽管材料在裂纹尖端会经历极端变形,但许多现有理论都使用线性弹性来模拟断裂。在这里,我们通过大规模的原子模拟表明,在大应变下观察到的弹性行为(超弹性)可以在断裂动力学中起主导作用,而线性理论不能完全捕捉所有断裂现象。我们介绍了裂纹尖端附近能量通量的特征长度尺度的概念,并证明了当超弹性区接近该能量长度尺度时,局部超弹性波速度决定了裂纹速度。

著录项

  • 来源
    《Nature》 |2003年第6963期|p.141-146|共6页
  • 作者单位

    Max Planck Institute for Metals Research, Heisenbergstrasse 3, 70569 Stuttgart, Germany;

  • 收录信息 美国《科学引文索引》(SCI);美国《工程索引》(EI);美国《生物学医学文摘》(MEDLINE);美国《化学文摘》(CA);
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
  • 中图分类 自然科学总论;
  • 关键词

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