最新Science：拉伸裂紋重大發(fā)現?。?！

     材料如何斷裂？裂紋擴展的速度有多快？這是材料科學(xué)和工程學(xué)中的一個(gè)重要問(wèn)題，因為它直接影響材料的強度、韌性和可靠性。在張力作用下，材料中的應力在接近裂紋的體積中被放大，當勢能超過(guò)材料的斷裂能時(shí)，裂紋將向斷裂傳播。一般認為，移動(dòng)裂紋的最大速度不能超過(guò)瑞利波速c_R。在裂紋附近，遠程施加的應力被放大到近似奇點(diǎn)。裂紋運動(dòng)受能量平衡原理指導：從大尺度（系統尺寸）流向裂紋的存儲勢能通量與材料的斷裂能相平衡時(shí)，就會(huì )發(fā)生斷裂。在保持能量平衡的同時(shí)，裂紋速度（v）會(huì )平穩加速到c_R。超過(guò)c_R時(shí)，斷裂力學(xué)預測進(jìn)入裂紋的能量通量將變?yōu)樨撝?，從而使v>c_R不符合實(shí)際情況。這一速度限制的例外情況可能發(fā)生在由剪切荷載驅動(dòng)的裂縫中。具有有限尺寸耗散區的裂紋的分析解預示著(zhù)正能量流入“超剪切"裂紋，其速度介于剪切波速度和擴張波速度之間。通常認為由拉伸載荷驅動(dòng)的裂紋受c_R的限制。該極限以及線(xiàn)彈性斷裂力學(xué)預測的相應運動(dòng)方程已通過(guò)實(shí)驗得到證實(shí)。將經(jīng)典斷裂擴展到超彈性材料預測拉伸裂紋可能會(huì )超過(guò)c_R。然而，仍然缺乏明確的實(shí)驗證據和對超剪切拉伸斷裂的基本理解。

近日，Jay Fineberg教授團隊使用脆性水凝膠作為模型材料，通過(guò)實(shí)驗證明了超過(guò)橫波速度的“超剪切"拉伸裂紋的存在，這種斷裂模式是在臨界（取決于材料）應變下產(chǎn)生的。這種非經(jīng)典的拉伸斷裂模式代表了我們對斷裂過(guò)程認識的根本轉變。相關(guān)的研究成果以“Tensile cracks can shatter classical speed limits"為題發(fā)表在science上。

作者發(fā)現了超剪切裂紋的存在，超剪切裂紋平滑地加速到超過(guò)cR的速度，速度可能接近膨脹波速度，并發(fā)現超剪切動(dòng)力學(xué)的行為與經(jīng)典裂紋理論不同。

綜上所述，作者使用脆性新胡克材料，發(fā)現了超過(guò)橫波速度c_R的“超剪切"拉伸裂紋的存在，并證明了超剪切動(dòng)力學(xué)的原理與經(jīng)典裂紋的原理不同。這項研究不僅可以為開(kāi)發(fā)能夠承受更高應力和應變的新材料提供新思路，還可以為材料斷裂和變形的基本機制提供新的見(jiàn)解，為預測和控制材料行為的新理論和模型的發(fā)展做出巨大貢獻。