晶体塑性相场断裂模型可在金属微结构尺度研究断裂行为,为短裂纹扩展计算提供了新方法。然而,对于目前的晶体塑性相场断裂模型,学者们在裂纹塑性驱动能的理解及数学表达式方面并未形成统一的合理认识,限制了晶体塑性相场断裂模型在短裂纹扩展中的应用。
针对上述问题,我们系统研究了晶体塑性相场断裂模型中裂纹塑性驱动能的四种模型(塑性耗散能 𝜓p,diss、塑性锁能 𝜓p,lock、晶体缺陷能 𝜓p,defect、𝜓p,diss结合临界能量释放率Gc退化),揭示了这些模型在模拟短裂纹扩展方面的合理性和适用性,澄清了已有模型存在的问题。
在晶体塑性相场断裂模型框架内研究了不同裂纹塑性驱动能作用下的单晶裂纹扩展行为,发现塑性锁能 𝜓p,lock以及塑性耗散能 𝜓p,diss结合Gc退化的模型能够有效模拟FCC单晶铜的韧性断裂行为,而缺陷能𝜓p,defect和塑性耗散能𝜓p,diss的模型由于塑性能较低,无法准确模拟单晶铜的韧性断裂行为。进一步采用塑性锁能模型,对比研究了 FCC单晶铜和BCC单晶钨的断裂行为,发现BCC和FCC晶体因滑移系不同,韧性裂纹扩展行为表现出差异,验证了晶体塑性相场断裂模型在不同晶体结构和不同断裂模式上的适用性。
该研究以"On plastic crack driving force in crystal-plasticity phase-field fracture model"为题,近期发表在力学领域知名期刊Engineering Fracture Mechanics。论文通讯作者为南京航空航天大学易敏教授,第一作者为其硕士研究生舒禹程和博士研究生胡文轩,论文链接:https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2025.111140


