01.07.18

Физики объяснили поведение извивающихся трещин

Ученые объяснили, почему в некоторых случаях трещины при движении навстречу друг другу отклоняются от прямолинейного движения. Самым важным параметром здесь оказалось соотношение степени близости направлений и длины трещин. Работа поможет улучшить работу приборов, чувствительных к растрескиванию. Результаты изложены в журнале Physical Review Letters.

Трещины появляются во многих материалах – таких, например, как бетон, асфальт или металл – под действием механического усилия. Механика разрушения твердых тел часто может предсказать направление роста трещин на основе минимизации внутренних напряжений. Тем не менее, теоретически ученые не могли описать поведение сближающихся трещин с параллельными направлениями: модели предсказывали только притягивающие взаимодействия между дефектами, в то время как часто наблюдается отталкивание на некотором расстоянии.

Новая работа объясняет как раз ситуацию, когда трещины сближались, затем на небольшом расстоянии стали расходиться, а затем опять начали двигать друг к другу, в результате образуя похожие на крюки рисунки. Модель, созданная под руководством физиков из Франции, позволяет описать движение трещин в различных случаях. Оказывается, отталкивание возникает тогда, когда относительно длинные трещины движутся вдоль очень близких линий.

Исследование основано на математическом методе конечных элементов – способе решения дифференциальных и интегральных уравнений. В рамках этого подхода материал разбивается на небольшие фрагменты, для каждого из которых вычисляют действующие на него силы. Выяснилось, что отталкивание возможно только в небольшой части пространства параметров, когда расстояние между трещинами меньше, чем 10% их длины. Результаты можно применить не только к созданным человеком приборам, но и к природе – например, известно, что геологические образования длиной в сотни километров могут отклоняться похожим образом на масштабе в единицы километров.

Читайте также