岩石等脆性材料动力强度依赖应变率的物理机制

脆性材料,如岩石,其动力强度随应变率的变化特性以往大多局限于实验研究,而理论研究,特别是从低应变率区到高应变率区的系统的物理机制研究很少。基于现有的研究资料,对不同应变率区的材料强度的应变率依赖性机理及其转换进行了探讨。分析表明,在小应变率的范围内,材料强度-应变率依赖性受热活化机制控制;随着应变率进一步增加,材料的宏观粘性阻尼机制(声子阻尼)出现,并逐渐占据主导地位,材料的惯性影响逐渐明显;在高应变率区时,材料惯性的影响非常大,这时不同尺寸的缺陷的增长将同时启动,在材料没有缺陷的地方热活化机制引起原子键的断裂。这样可以把材料强度-应变率依赖性看作是热活化机制与宏观粘性机制并行存在、相互竞争的结果。这两种机制在不同的应变率区占据主导地位。基于上述结论,给出了联合的热活化与粘性机制相互竞争的材料强度-应变率依赖模型,并对该模型的有效性对照实验资料进行了检验,结果表明,与实验符合得很好。