裂缝扩展在不同的时间和空间尺度上普遍存在。例如花瓶破裂、机器零件疲劳裂纹以及强烈地震留下的疤痕。由于 3D 裂缝扩展发生迅速且裂缝形状复杂，理解 3D 裂缝扩展具有挑战性。

在一项研究中发表在日记中岩石力学通报，来自香港大学和麻省理工学院 (MIT) 的两位研究人员开发了一种先进的算法来模拟 3D 断裂传播在复杂的载荷条件下，为更好地理解和控制裂缝扩展铺平了道路。

“理解 3D 裂缝扩展的关键是揭示裂缝几何形状如何响应远场载荷，”麻省理工学院博士后研究员、该研究的合著者 Xin Cui 解释道。“通过利用断裂力学知识，我们能够将远场载荷转换为近断裂前应力，这在确定断裂形状方面发挥着主导作用。然而，断裂的扭曲 3D 几何形状给数值模拟器带来了巨大的挑战。”

为了解决这个问题，研究人员将断裂力学应用于他们的开源代码 DDFS^3D。崔解释说“DDFS^3D擅长利用三角形元素捕获复杂的 3D 几何形状，并准确计算裂缝前缘附近的应力场。这使我们能够精确定位每一个新断裂表面的位置，并在扩展后重建整个断裂形状。”

主要作者、香港大学工程地质学教授 Louis Wong 表示，这是岩石力学领域的一项突破。“断裂对脆性材料的强度有显着影响。这项研究的意义不仅在于了解断裂如何发生几何学它不仅能响应载荷，还能提供有关如何控制裂缝发展的见解，”他说。

“在许多工程应用中，例如水力压裂，必须仔细设计裂缝的方向，以提高生产率并减少潜在风险。这项研究开发的技术有助于实现这些目标。”

更多信息：Louis Ngai Yuen Wong 等人，I-II-III 混合模式加载下的 3D 裂缝扩展模拟，岩石力学通报（2023）。DOI：10.1016/j.rockmb.2023.100082

提供者：科爱通讯公司