近日，我所赫晓东院士团队在相场法表征固体断裂的各向异性演化行为方面取得重要进展。相关成果以“Anisotropic damage evolution in solid fractures: A novel phase field approach with multiple failure criteria and directional-dependent structural tensor”为题，发表在固体力学顶级期刊《Journal of the Mechanics and Physics of Solids》上。

固体断裂的各向异性演化不仅涉及材料属性的各向异性，还受到微观结构、载荷方向、温度效应、加载速率、环境因素以及损伤演化等多重因素的综合影响。这些因素相互作用，共同决定了材料在不同条件下的断裂行为，进而体现了材料失效的复杂性与多样性。因此，深入研究固体断裂的各向异性演化具有重要的理论和实际意义。

赫晓东院士团队基于连续损伤力学，构建了一套完整的各向异性相场理论框架，用于表征固体断裂的各向异性演化行为。论文提出了一种与损伤梯度方向相关的二阶结构张量，将唯象失效理论的各向异性特性（如图1）与相场断裂能（如图2）相关联，这一创新性举措不仅能有效地捕捉复杂失效行为的裂纹扩展路径，还为理解材料在不同载荷和环境的断裂行为提供全新的视角。

图1 几种唯象失效理论的失效面函数和断裂角方向

图2 几种唯象失效理论的断裂能分布

论文拓展了统一相场理论解析解的适用范围，通过结合多种唯象失效理论，改进了模型的损伤起始判据。这一理论创新综合考虑多种失效机制，能够更全面地反映材料的断裂行为（如图3）。

图3 不同断裂模式下的断裂路径和载荷响应

哈工大为论文的唯一署名单位，航天学院博士研究生邹肖灿为论文的第一作者，航天学院赫晓东院士、徐忠海副教授为论文共同通讯作者。该研究工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目支持。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022509624002692