近日，杜洋教授团队在极端爆炸载荷下承压柱壳结构细观损伤与裂纹扩展机理研究中取得新进展，相关成果以“Mesoscopic mechanism of dynamic crack propagation and branching of pipe under internal detonation loading”为题，发表于《International Journal of Solids and Structures》（IJSS），IJSS与JMPS、CMAME被公认为固体力学领域三大顶级期刊，其创刊于1965年，专注发表材料与结构在复杂载荷作用下的力学行为与理论方法成果。论文工作由我院安全科学与工程专业研究生孙翼骁、梁晓君、尹龙祥，联合华南理工大学、浙江大学等单位等共同开展。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划课题、山东省自然科学基金、山东省泰山学者项目、山东省青年科技人才托举工程等项目联合资助。
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论文面向极端载荷条件下重大承压设备本质安全设计重大需求，针对爆炸载荷下承压部件细观损伤机理不清、动态断裂行为难以精准预测的关键科学问题开展研究。研究团队通过自主开发数值子程序，创新将GTN细观损伤模型与Johnson-Cook热黏塑本构模型耦合，实现爆炸冲击等高应变率加载条件下材料微孔洞形核、长大与连通过程的精确描述；同时开发了流-固-断裂耦合求解算法，突破了爆炸流场时空演化与承压柱壳结构动态断裂间的高效稳健耦合计算难题。
内爆炸下柱壳裂纹动态扩展与分叉行为
裂纹尖端微孔洞演化规律与分叉机制
研究表明：在内爆载荷作用下，柱壳主裂纹尖端孔洞体积分数增长主要来源于新孔洞形核，而分叉裂纹尖端孔洞体积分数增长主要由既有孔洞生长贡献；论文进一步探明了裂纹分叉方向始终与孔洞长大体积分数最大值方向保持一致的规律。相关成果从细观尺度阐明了爆炸载荷下典型承压柱壳结构裂纹扩展与分叉的内在机制。
本研究为极端载荷下承压设备抗爆设计与失效预测提供了新的理论依据和模型支撑，对提升能源储运、国防军事领域承压设备本质安全水平具有重要意义。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2026.113991
