High-temperature oxidation in polymers is a complex phenomenon, driven by the coupled diffusion–reaction process, causing changes in the amorphous network structure and resulting in property degradation. Prolonged oxidation in polymers results in the formation of a coarse, oxide layer on the outer surface and induces spontaneous cracking inside the material. In this paper, we present a chemical reaction-driven evolving network theory coupled with phase-field fracture to describe the effect of oxidation in polymers across different length scales. Guided by the statistical mechanics, the network theory has been introduced to model the reaction induced chain scissions and crosslinking events causing significant changes in the three-dimensional network structure. Further, these microscale events have been considered as the reason behind macroscopic mechanical property degradation, namely oxidative embrittlement. Finally the network theory is coupled with a phase-field fracture to model the macroscale damage initiation and propagation in the polymer under mechanical stress. The specific constitutive forms for all the physical–chemical processes are derived for the coupled system and numerically implemented in finite elements by writing ABAQUS user-defined element (UEL) subroutine. To present the model’s capability, various numerical examples with standard fracture geometries have been studied. The simulation results have demonstrated the model’s capability of predicting the effect of oxidative aging on the polymer’s response.

聚合物中的高温氧化是一个复杂的现象，这是由耦合扩散反应过程驱动的，导致非晶网络结构发生变化并导致性能下降。聚合物中的长时间氧化导致在外表面形成粗糙的氧化层，并导致材料内部的自发裂纹。在本文中，我们提出了一种化学反应驱动的演化网络理论，并结合了相场断裂来描述不同长度尺度上聚合物中氧化的影响。在统计力学的指导下，引入了网络理论以对反应引起的链断裂和交联事件建模，从而引起三维网络结构的重大变化。进一步，这些微观事件被认为是宏观机械性能下降的原因，即氧化脆化。最后，将网络理论与相场裂缝相结合，以模拟宏观应力在机械应力下在聚合物中引发和扩散的过程。通过耦合系统导出所有物理化学过程的特定本构形式，并通过编写ABAQUS用户定义元素（UEL）子例程在有限元素中以数值方式实现。为了展示该模型的能力，研究了具有标准断裂几何形状的各种数值示例。仿真结果证明了该模型具有预测氧化老化对聚合物响应的影响的能力。最后，将网络理论与相场裂缝相结合，以模拟宏观应力在机械应力下在聚合物中引发和扩散的过程。通过耦合系统导出所有物理化学过程的特定本构形式，并通过编写ABAQUS用户定义元素（UEL）子例程在有限元素中以数值方式实现。为了展示该模型的能力，研究了具有标准断裂几何形状的各种数值示例。仿真结果证明了该模型具有预测氧化老化对聚合物响应的影响的能力。最后，将网络理论与相场裂缝相结合，以模拟宏观应力在机械应力下在聚合物中引发和扩散的过程。通过耦合系统导出所有物理化学过程的特定本构形式，并通过编写ABAQUS用户定义元素（UEL）子例程在有限元素中以数值方式实现。为了展示该模型的能力，研究了具有标准断裂几何形状的各种数值示例。仿真结果证明了该模型具有预测氧化老化对聚合物响应的影响的能力。通过耦合系统导出所有物理化学过程的特定本构形式，并通过编写ABAQUS用户定义元素（UEL）子例程在有限元素中以数值方式实现。为了展示该模型的能力，研究了具有标准断裂几何形状的各种数值示例。仿真结果证明了该模型具有预测氧化老化对聚合物响应的影响的能力。通过耦合系统导出所有物理化学过程的特定本构形式，并通过编写ABAQUS用户定义元素（UEL）子例程在有限元素中以数值方式实现。为了展示该模型的能力，研究了具有标准断裂几何形状的各种数值示例。仿真结果证明了该模型具有预测氧化老化对聚合物响应的影响的能力。