损伤与断裂力学及其工程应用研讨会（2021）

裂纹扩展是决定材料性能和安全的关键因素，裂纹扩展过程的表征和控制也是断裂力学和材料科学领域的研究挑战和热点。基于经典断裂力学理论的先前研究多关注于单条裂纹或平面上多条裂纹扩展，而实际材料失效往往是由多裂纹的相互作用导致的，且裂纹大多分布具有一定曲率的表面上。本工作发展表征曲面上多条裂纹扩展过程的相场断裂模型，揭示了几何固有曲率对两条平行且间隔一定距离的裂纹（EP裂纹）扩展形貌的影响。对于曲壳上环向EP裂纹扩展过程，结果表明EP裂纹排斥区的最大偏转角随曲率增大而减小、交汇区域的长宽比随固有曲率的增大而增大，这是由于裂纹尖端应力场的大小和相互作用区随曲率变化导致的。同时对于圆柱壳上内压引起的EP裂纹沿轴向扩展过程，也存在相同的曲率相关的裂纹扩展规律。因此，通过调节曲率可以抑制或促进EP裂纹的偏转与汇聚，从而实现曲面上多条裂纹路径的控制。