Распространение трещин происходит повсеместно в различных временных и пространственных масштабах. Примеры включают разбитие вазы, усталостные трещины в деталях машин и шрамы, оставленные сильными землетрясениями. Понимание распространения трехмерных трещин является сложной задачей из-за их быстрого возникновения и сложной формы трещин.

В исследовании , опубликованном в журнале Rock Mechanics Bulletin , дуэт исследователей из Университета Гонконга и Массачусетского технологического института (MIT) разработал усовершенствованный алгоритм для трехмерного моделирования распространения трещин в сложных условиях нагрузки, открывая путь для лучшего понимания и контроль распространения трещин.

«Суть понимания трехмерного распространения трещин заключается в том, чтобы понять, как геометрия трещины реагирует на нагрузку в дальней зоне», — объяснил Синь Цуй, научный сотрудник Массачусетского технологического института и соавтор исследования. «Используя знания в области механики разрушения, мы можем преобразовать нагрузку в дальней зоне в напряжения вблизи фронта разрушения, которые играют ведущую роль в определении формы трещины. Однако искривленная трехмерная геометрия трещин создает большие проблемы для численного моделирования.»

Чтобы решить эту проблему, исследователи применили механику разрушения к своему открытому коду DDFS 3D . Куи объясняет, что «DDFS 3D отлично справляется с захватом сложной трехмерной геометрии с треугольными элементами и точным расчетом поля напряжений вблизи фронта трещины. Это позволяет нам точно определять положение каждого кусочка новой поверхности трещины и восстанавливать всю форму трещины после ее распространения.»

По словам ведущего автора Луиса Вонга, профессора инженерной геологии Гонконгского университета, это прорыв в области механики горных пород. «Разрушение существенно влияет на прочность хрупких материалов. Значение этого исследования заключается не только в понимании того, как геометрия разрушения реагирует на нагрузку, но и в предоставлении информации о том, как контролировать развитие разрушения», — сказал он.

«Во многих инженерных приложениях, таких как гидроразрыв пласта , ориентация трещин должна быть тщательно спроектирована, чтобы повысить производительность и снизить потенциальные риски. Технология, разработанная в этом исследовании, облегчает достижение таких целей».