Mapping deformation and dissipation during fracture of soft viscoelastic solid

消散 粘弹性 变形(气象学) 耗散系统 材料科学 领域(数学) 机械 断裂力学 断裂(地质) 非线性系统 复合材料 物理 热力学 数学 量子力学 纯数学
作者
Yuan Qi,Xueyu Li,Sairam Pamulaparthi Venkata,Xingwei Yang,Tao Lin Sun,Chung‐Yuen Hui,Jian Ping Gong,Rong Long
出处
期刊:Journal of The Mechanics and Physics of Solids [Elsevier BV]
卷期号:186: 105595-105595 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.jmps.2024.105595
摘要

Energy dissipation around a propagating crack is the primary mechanism for the enhanced fracture toughness in viscoelastic solids. Such dissipation is spatially non-uniform and is highly coupled to the crack propagation process due to the history-dependent nature of viscoelasticity. We present an experimental approach to map the dissipation field during crack propagation in soft viscoelastic solid. Specifically, we track randomly distributed tracer particles to measure the evolving deformation field. The measured deformation field is then put into a nonlinear constitutive model to determine the dissipation field. Our methodology was used to investigate the deformation and dissipation fields around a propagating crack in a Polyampholyte (PA) hydrogel. The deformation field measurements allowed us to assess whether the commonly assumed translational invariance in viscoelastic fracture theories holds true in practical experiments. Furthermore, by combining the obtained deformation fields with a nonlinear viscoelastic model, we captured the complete history of the dissipation field during crack propagation. We found that dissipation occurred even at material points that are a few millimeters away from the crack tip. The mapped dissipation field also enabled the separate determination of the intrinsic and dissipative components of fracture toughness for the viscoelastic hydrogel.
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