裂纹无处不在。防范结构材料在承载过程中的断裂失效，需要对裂纹扩展中的扩展模式、扩展路径、裂纹之间的相互作用等有深入的认识。由于结构的不均匀性和加载情况的复杂性，裂纹往往从结构材料的边界形成、扩展、偏转、分岔、甚至出现多个裂纹，而这些不同的过程，有于裂纹间的相互作用，对后续的裂纹的破坏模式产生决定性影响。也因此给断裂失效预测带来挑战。

非线性力学国家重点实验室的研究团队理论上研究并获得了表面分岔裂纹和Kalthoff-Winkler裂纹（双裂纹起源于边界不同点）不同外界载荷下的弹性变形场，包括裂纹尖端的弹性应力场、应力强度因子和裂纹张开位移，为它们的后续扩展提供了理论基础。同时揭示双裂纹间存在明显的屏蔽效应：边界平行双裂纹间的应力强度因子随着距离的变化呈现出指数变化的形式K_I=K_I⁰-K_I¹-exp(-a/d)]（图1、2）。这一研究方法本身对于边界裂纹问题具有通用性，所发现的裂纹屏蔽效应规律具有重要的工程意义。

以上成果以“Elastic fields of double branched and Kalthoff-Winkler cracks in a half-plane”为题发表在Journal of the Mechanics and Physics of Solids上，第一作者为博士研究生斯杨剑。研究工作得到了国家自然科学基金基础科学中心“非线性力学中的多尺度问题”项目（No.11988102）的支持

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmps.2024.105546

图1：远场均匀应力条件下边界对称双分岔裂纹(a₁=a₂, θ₁=θ₂)尖端应力强度因子和应力场

（a）裂纹的形貌和受力情况;（b）裂纹尖端附近的von Mises应力场;（c）双分岔裂纹和单裂纹的无量纲应力强度因子随角度θ变化，对比可见双裂纹间明显的屏蔽效应

图2：远场均匀应力条件下边界双平行裂纹应力强度因子

（a）Kalthoff-Winkler经典实验设置，边界双平行等长裂纹示意图;（b）裂纹尖端的无量纲应力强度因子随a/θ变化的关系，满足指数变化形式。K_I^*=1.122-0.326[1-exp(-1.8a/d)] ，K_II^*=0.812[1-exp(-1.2a/d)] 。当d→∞，边界双平行裂纹应力强度因子与仅存在单裂纹时一致

附件：IMech has made progress in the study of stress intensity factors and shielding effect of double edge cracks