近日，以上海交通大学浦江国际学院教师沈泳星为唯一通讯作者的研究论文《Effective fracture toughness for heterogeneous materials accounting for the worst-case scenario》（一种考虑最坏情况的等效断裂韧性格式）在固体力学旗舰期刊《Journal of the Mechanics and Physics of Solids》（固体力学与物理期刊）上发表。
高强度、高韧性的非均质材料是现代工业高速发展的基石，如何从微细观结构预测这类材料的宏观断裂韧性是具有挑战性的课题之一。现有的预测模型往往无法同时考虑裂纹扩展路径的迂曲性、不可逆性、裂纹萌生的应力准则以及工程设计中最不利工况等多个关键因素。针对上述挑战，沈泳星团队提出了一种针对非均质材料各向异性有效断裂韧度的计算格式，该方法基于裂纹的相场描述。为近似表征微观结构代表体积单元所有可能平移情况下的最不利工况，首先获取该代表体积单元的特定平移量用于后续分析。随后对该平移后的代表体积单元进行数值实验，模拟从初始状态到完全断裂过程中沿给定采样方向的拉伸载荷。将标准化后的耗散能除以适当的投影面积，即定义为选定方向的有效断裂韧性。通过这种构建方式，该格式能够综合考虑裂纹路径的可能的迂曲性、不可逆约束、非贯穿约束以及裂纹萌生的应力准则。此外，该方法可预测多种增韧效应：包括韧性夹杂物引起的增韧、微观裂纹迂回效应产生的增韧，以及在断裂韧性均匀条件下拉伸强度对比度导致的增韧。
边界条件𝒖=𝑡𝝂 sgn(𝝂 ⋅ (𝒙 – 𝒙c)) 在边界𝜕𝛺c上的示意图。平面𝛤v是完全断裂时𝛤平面在𝝂法向截面上的投影面
包含以下情况的固体：(a) 尖锐裂纹；(b) 经相场正则化处理的裂纹
固定细观结构之下，旋转RVE的范围对等效断裂韧性的影响探究。结果表明RVE的旋转对等效断裂韧性格式影响较小
第一作者简介
刘森，上海交通大学密西根学院2025届博士毕业生。研究方向为非均质材料的等效断裂模型，相关成果以第一作者发表在固体力学旗舰期刊Journal of the Mechanics and Physics of Solids和Composite Structures上。曾获力学与交叉学科国际博士生论坛最佳报告奖。
通讯作者简介
沈泳星，上海交通大学浦江国际学院研究生教育副院长，长聘副教授，博士生导师。本科毕业于清华大学，博士毕业于美国斯坦福大学，曾在西班牙加泰罗尼亚理工大学任教。2014年回国加入学院，入选国家级青年人才计划。目前担任《计算力学学报》青年编委，曾任《力学季刊》编委。主要从事计算断裂力学及多场耦合问题研究。在高水平期刊上发表论文60余篇，其中在计算力学权威期刊Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering及International Journal for Numerical Methods in Engineering上共发表论文10余篇。
