Crack blunting and the strength of soft elastic solids

材料科学 有限元法 弹性体 弹性模量 复合材料 空隙(复合材料) 断裂力学 变形(气象学) 模数 断裂(地质) 结构工程 工程类
作者
Chung‐Yuen Hui,Anand Jagota,S.J. Bennison,J. D. Londono
出处
期刊:Proceedings of The Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences [Royal Society]
卷期号:459 (2034): 1489-1516 被引量:232
标识
DOI:10.1098/rspa.2002.1057
摘要

When a material is so soft that the cohesive strength (or adhesive strength, in the case of interfacial fracture) exceeds the elastic modulus of the material, we show that a crack will blunt instead of propagating. Large–deformation finite–element model (FEM) simulations of crack initiation, in which the debonding processes are quantified using a cohesive zone model, are used to support this hypothesis. An approximate analytic solution, which agrees well with the FEM simulation, gives additional insight into the blunting process. The consequence of this result on the strength of soft, rubbery materials is the main topic of this paper. We propose two mechanisms by which crack growth can occur in such blunted regions. We have also performed experiments on two different elastomers to demonstrate elastic blunting. In one system, we present some details on a void growth mechanism for ultimate failure, post–blunting. Finally, we demonstrate how crack blunting can shed light on some long–standing problems in the area of adhesion and fracture of elastomers.
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