脆性固体碎裂过程中的最快卸载特性

脆性固体在高应变率拉伸过程中常破碎为多块碎片。本文通过一个一维理论模型，研究动态脆性碎裂过程中固体内部载荷卸载规律，以及碎片尺度的计算方法。假设一维固体中裂纹等间距分布、同时起裂，研究均匀应变率拉伸作用下裂纹阵列的扩张过程。采用线弹性波动方程组描述未断裂固体的动力学关系，采用粘滞断裂模型（cohesivefracturemodel）描述裂纹的扩张行为，形成完整的初边值问题。采用沿特征线的有限差分计算格式求解控制方程组，得到固体在碎裂过程不同时刻下单位裂纹体内部的应力分布曲线，以及单位裂纹体平均应力随时间的变化规律，确定单位裂纹体达到完全断裂所需要的时间。在给定应变率下，分析不同裂纹间距下的碎裂卸载时间，以及使单位裂纹体以最快速度完全卸载所对应的最佳裂纹间距，并以此间距估算脆性固体在自然动态碎裂过程中的平均碎片尺度。进一步研究了具有不同粘滞性断裂特性的脆性固体的碎片尺度计算数值的差异。