纳观尺度下非线性断裂问题的原子J积分方法研究

摘要

在宏观尺度非线性断裂力学研究中,J积分是一个至关重要的参数,表征了裂尖奇异应力场的强度。然而,当材料尺寸减小至纳观尺度时,已有研究表明连续介质断裂力学框架下的J积分准则将不再适用。在此前提下诞生了原子J积分的概念。通过考虑纳观尺度下的裂纹面非零应力,本文建立了含裂纹面线积分项的等效区域积分形式原子J积分公式。通过引入分子静力学模拟,本文在J积分计算中使用了原子结构的真实应力场和位移场,并采用新的积分方案以解决离散非均匀应变系统位移梯度的定义问题。一系列算例证明了原子J积分方法在连续介质断裂力学已发生失效的极小尺度下仍具有有效性。