ICF13组委会
摘要：第十三届国际断裂大会（简称ICF13）于2013年6月在北京成功召开，这是中国首次承办国际断裂学会主办的这一高级别会议。本次大会共收到学术论文投稿1216篇，学术报告分为大会特邀报告、重点报告和口头报告。ICF13充分反映了断裂及其交叉学科的最新研究进展和发展方向。本文总结了ICF13的基本情况，重点概括了在疲劳、复合材料与轻质结构的断裂、新型材料与结构的断裂、微纳米尺度上的断裂、软物质与生物材料的断裂、断裂力学的工程应用、断裂力学中的实验与测试方法及相关的实验研究、断裂力学中的计算方法等各个方面的主要内容。
1. 会议概况
第十三届国际断裂大会（The 13th International Conference on Fracture，简称ICF13）于2013年6月16 ~ 21日在北京国家会议中心隆重召开。此次大会是中国自1977年加入国际断裂学会（International Congress on Fracture，简称ICF）以来，首次承办该组织的最高级别会议。
本次大会由国际断裂学会主办，开云棋牌官方
、香港断裂力学组、中国机械工程学会、中国材料研究学会、中国腐蚀与防护学会、中国航空学会、中国金属学会、中国结构完整性联盟共同承办，中国科学技术协会、国家自然科学基金委员会以及中国科学院力学研究所、清华大学、四川大学、华东理工大学、华南理工大学、天津大学、浙江大学、湘潭大学与同济大学支持与协办。大会主席由国际断裂学会副主席、清华大学余寿文教授担任，共同主席为国家自然科学基金委员会主任杨卫院士和香港科技大学张统一院士，秘书长为清华大学冯西桥教授和中国科学院力学研究所杨亚政研究员。
国际断裂大会是断裂学科领域最高级别的学术会议，其内容涉及断裂学科的方方面面，如断裂力学、材料断裂与疲劳机制、断裂实验技术、工程应用等。本届大会共收到来自46个国家和地区的投稿1216篇。本次大会有15个邀请报告（包括开幕式荣誉报告1个、闭幕式荣誉报告1个、ICF主席荣誉报告1个和大会邀请报告12个）、54个主题论坛和15个专题研讨会，全面地展示了断裂学科领域的最新研究进展和成果。
大会开幕式于6月17日上午举行，大会秘书长冯西桥教授主持了开幕式。中国科协党组书记、书记处第一书记申维辰，国家自然科学基金委员会主任杨卫，国际断裂学会主席A. Carpinteri，本届大会主席余寿文，开云棋牌官方
理事长胡海岩分别在开幕式上致辞。随后，中外来宾欣赏了一场具有中国民族文化特色的文艺表演。
本次大会，颁发和设立了多个奖项，以表彰在断裂学科及其工程应用等方面做出突出贡献的科学家。各奖项及其获奖者如下：
(1) George Irwin金奖：J. R. Rice（美国），J. W. Hutchinson（美国）
(2) Takeo Yokobori金奖：P. R. Rao（印度），Y. W. Mai（澳大利亚），T. Kishi（日本）
(3) Paul C. Paris金奖：A. Carpinteri（意大利），Y. Murakami（日本）
(4) Alan H. Cottrell 金奖：J. Knott（英国），S. Suresh（美国）
(5) Constance Tipper银奖：J. E. King（英国），D. A. Lados（美国），N. Gundiah（印度）
大会闭幕式于6月21日上午举行，由香港科技大学大学张统一教授主持。Y. W. Mai教授作了闭幕式荣誉报告。报告结束后，大会秘书长冯西桥教授宣布了本次大会的青年学者优秀论文奖，大会主席余寿文教授向13位获奖者颁发了证书，以鼓励青年学者在断裂学科领域做出更多的原创性学术成果。
会议期间，国际断裂学会共召开了2次执行局会议和1次全体理事大会，完成了理事会换届选举工作，清华大学余寿文教授当选为新一届国际断裂学会主席，这也是华人学者首次当选这一重要职位。此外，香港科技大学张统一教授当选国际断裂学会副主席。会议还确定了第十四届国际断裂大会于2017年6月18～23日在希腊举行。
2. 邀请报告简介
本次大会的学术报告分为大会特邀报告、重点报告和口头报告。大会特邀报告共15个，包括3个荣誉报告和12个特邀报告（表1），力求反映断裂及其交叉学科的研究现状、前沿和和代表性成果；各个分会场和专题讨论会则全面地反映了断裂在各领域的最新研究进展。
表1. ICF13大会特邀报告
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报告类别
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报告人
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报告题目
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开幕式荣誉报告
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S. Suresh (美国)
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断裂与疲劳：从宏观到纳观，从工程材料到生物材料
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闭幕式荣誉报告
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高分子和纤维复合材料的纳米增韧
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ICF主席荣誉报告
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A. Carpinteri (意大利)
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由断裂和地震引起的压电核裂变反应：从我们星球的化学反应到冷核聚变
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大会邀请报告
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J. R. Rice (美国)
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蠕变和部分融化介质中由裂纹近尖端过程控制的南极冰流宽度
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J. W. Hutchinson (美国)
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延性断裂力学与模拟
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Y. Murakami (日本)
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从力学－微结构－环境相互作用的观点讨论氢脆机制
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P. Gumbsch (德国)
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从原子到雪崩的断裂过程模拟
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A. Saxena (美国)
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高温构件可靠性的预估方法
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Y. V. Petrov (俄罗斯)
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断裂过程尺度的时空本质
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B. L. Karihaloo (英国)
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断裂研究的扩展有限元方法进展
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R. Pippan (奥地利)
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疲劳的断裂表面接触
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H. J. Gao (高华健) (美国)
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纳米孪晶金属和结构的变形与断裂
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W. Yang (杨卫) (中国)
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纳米尺度的破坏与增韧
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Q. P. Sun (孙庆平) (中国香港)
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循环相变情况下形状记忆合金的热力响应与疲劳破坏
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J. Sun (孙军) (中国)
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金属单晶变形行为的尺寸效应
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在大会开幕式荣誉报告中，美国国家自然科学基金委员会前任主席、卡内基梅隆大学校长S. Suresh教授介绍了工程结构和生物材料中广泛存在的尺度效应，深入探讨了其中广泛存在的特征尺度，并分析了这些研究在人类健康等方面的可能应用和发展前景。Suresh教授重点强调了在单调及循环加载条件下显著增强金属强度但不影响其延展性和损伤容限的策略，并分析了这些策略目前存在的局限性和未来进一步发展的方向。在ICF主席荣誉报告中，意大利都灵理工大学A. Carpinteri教授介绍了其在断层和地震所引起的压电核裂变反应方面的研究：结合地球的化学演变与冷聚变反应，发现压电核裂变反应是由压力波引起的非放射性的裂变，反应中没有γ辐射或放射性废物，但有中子排放。
在大会荣誉报告中，澳大利亚科学院和工程院院士、悉尼大学Y. W. Mai教授介绍了从传统复合材料到纳米复合材料的发展，阐述了纳米颗粒、纤维对复合材料性能影响的规律，指出纳米强韧化机制对于聚合物复合材料的重要性。他研究了纳米增韧热固性、热塑性聚合物的断裂和疲劳特性，包括热固性环氧树脂、纳米橡胶等的增韧改性研究。研究结果表明，在基体中加入两种不同类型的纳米颗粒、引入亚微米级孔隙是增韧热塑性材料的有效方法。
在大会邀请报告中，J积分的提出者、哈佛大学J. R. Rice教授研究了断裂在地质领域中的应用，分析了南极冰川带宽度的控制机理。南极冰原的滑移区与固定区的交界处可视为裂纹尖端，裂尖附近是蠕变区及冰川部分融化区，应力模型采用Glen幂律法则；部分融化的冰川形成了一个边缘化的渠道，对阻止冰原滑移区的扩展有一定的作用。HRR场的提出者之一、哈佛大学J. W. Hutchinson教授介绍了他在合金韧性断裂方面的研究工作：基于最新的力学实验数据，他对合金材料韧性断裂的两种变形机理进行了新的审视和探讨，并在此基础上对Gurson的损伤本构模型进行了拓展；结果表明拓展的本构模型经过实验“校正”后可以对合金材料在各种复杂应力状态下的裂纹萌生和扩展进行合理的预测。日本九州大学的Y. Murakami教授研究了材料微观结构与周围氢环境间的相互作用对断裂的影响。结果表明，低强度钢中，裂尖张开行为以及氢致局部塑性增韧控制了材料的静态断裂以及疲劳裂纹扩展过程。对高强度钢，材料的断裂行为对周围氢环境非常敏感，当氢浓度高于一定值时，断裂韧性急剧减小。德国卡尔斯鲁厄技术研究所的P. Gumbsch教授报告了其研究组在模拟分子键断裂行为方面的研究工作，他以单晶硅的氢脆断裂为例，揭示了化学吸附的氢分子对于单晶硅裂纹尖端硅－硅键的力学作用；以脆性金属为例，阐明了预应力对裂纹尖端金属键断裂及材料韧脆性转换的影响；以大尺度的冰块为例，介绍了“反裂纹”概念在雪崩研究中的应用。
美国Arkansas大学A. Saxena教授在大会特邀报告中，系统介绍了其研究组利用时间相关断裂力学（TDFM）在高温材料可靠性预测方面的工作，并对TDFM的未来发展进行了展望。俄罗斯圣彼得堡州立大学的Y. V. Petrov教授研究了不同尺度下断裂过程的时空效应，基于裂纹孕育时间的概念对固体的断裂行为进行统一解释。此研究可以通过实验中小尺度材料的结果来预测实际中大尺度材料的断裂行为，在地质学、大型混凝土结构等方面有着重要的应用前景。英国Cardiff大学的B. L. Karihaloo教授介绍了扩展有限元在断裂力学中的新进展，着眼于如何在网格生成与细化等方面减少时间和工作量，以适应几何区域复杂的裂纹模拟，对此，他展示了如何利用扩展有限元的方法追踪数百条裂纹在薄的硅晶片中的生长与汇聚。奥地利Leoben矿业大学的R. Pippan教授报导了疲劳断面接触的问题，研究了不同长度的裂纹在低周、高周以及小尺度屈服等加载条件下裂纹闭合的情况，通过研究裂纹闭合的变化，探讨了预测试样疲劳寿命的方法。
美国工程院院士、布朗大学高华健教授在大会特邀报告中，介绍了其研究组在纳米孪晶材料的最新研究进展。他通过与纳米尺度实验的对比，揭示了纳米等轴孪晶材料的强度、纳米孪晶微柱拉伸中的韧-脆转变和塑性变形的各向异性力学机理。国家自然科学基金委员会主任、中国科学院院士杨卫教授作了关于纳米尺度断裂及增韧机制的报告，探讨了石墨烯在电子辐射下的撕裂行为，分析了纳观尺度下的增韧机制，如纳米孪晶结构对纳米晶体及氧化物的强韧化。香港科技大学的孙庆平教授介绍了其研究组在形状记忆合金力-热耦合及疲劳失效方面的系列研究成果，通过对循环相变现象的探究，揭示了在循环外载作用下主导形状记忆合金力-热耦合性能及疲劳失效的物理机制及其演化动力学，尤其是其中的尺寸效应和多尺度关联特征。西安交通大学的孙军教授报导了金属单晶在变形行为中的尺度效应。以具有密排六方晶体结构的钛基合金柱为例，研究了这类样品在位错滑移与孪晶两种塑性变形模式间的转化应力与样品尺寸的关系，并通过实验与理论提出了如何定量描述该类样品在不同尺寸下的强度。
3. 分会场及专题研讨会内容简介
ICF13共有54个分会场和15个专题研讨会，内容涵盖疲劳、复合材料与轻质结构的断裂、新型材料与结构的断裂、微纳米尺度上的断裂、软物质与生物材料的断裂、断裂力学的工程应用、断裂力学中的实验与测试方法及相关的实验研究、断裂力学中的计算方法等各个方面。以下对大会的部分内容进行简要的归纳和介绍。
3.1 疲劳
在历届国际断裂大会中，疲劳都是最重要的专题之一。磨蚀疲劳是金属疲劳与磨蚀的综合表现，也是金属材料设计的一个重要指标。M. Kubota等的报告从裂纹萌生与扩展的角度，呈现了氢原子与磨蚀疲劳性质之间的关联，其研究发现对于光滑试件而言，磨蚀疲劳强度明显低于疲劳强度。Y. Murakami等则将目光锁定在小裂纹如何影响含氢高强度钢的应力强度这一问题上，发现了材料应力强度的尺寸依赖性。H. Koizumi等观察到了液态镓引发的多晶银的脆化行为中的韧性回复现象，并将此现象归因于金属间化合物的形成。H. Matsunaga等利用热脱附谱学与氢质成像技术，发现填氢铸铁中的绝大多数的溶质氢处于散布状态并主要被隔离在石墨、石墨与基质的界面以及基质的渗碳体等区域；在此基础上，阐释了填氢铸铁的韧性缺失及其时间相关性等问题。王习术等考虑通过微弧氧涂层方法改善铝合金疲劳寿命的强环境依赖性，并测试和研究了不同种类的涂层对2024-T4合金疲劳寿命的影响。康国政、阚前华等建立了一种有限变形的循环塑性模型，可用以描述包辛格效应与棘轮效应，此外他们还发展了热力耦合循环塑性模型。蒋晗等将微极理论应用于多孔介质力学行为的研究，解释了尺寸效应的产生。
接触疲劳破坏是大会重点讨论的课题之一。严文裔等对高强铁轨钢材进行了大量的单轴拉伸、压缩和扭转实验，研究了其在循环载荷作用下的棘轮效应，并发展了高强铁轨钢材的滚动接触疲劳的多轴循环塑性模型。赵红平等通过计算模拟研究了含表面缺陷的轴承钢的滚动接触疲劳，并讨论了表面缺陷、载荷及屈服应力对系统的影响。Z. Chen等提出了一个先进的韧性断裂损伤渗流模型。O. Naimark等实验研究了动态疲劳载荷下的损伤到破坏转变过程。R. Ballarini等建立了定性的细观断裂力学模型，指出分散式的损伤有助于提高材料的缺陷容忍度。Y. Shindo等通过三点弯疲劳测试和包含极化转变机制的平面应变有限元模拟，重点讨论了循环弯曲载荷作用下，极化转变对软压电陶瓷疲劳行为的影响。M. Chapetti等报告了在亚稳态奥氏体不锈钢的疲劳裂纹扩展问题上的研究进展，指出在低载荷率情况下，材料退火条件的阈值对加载历史非常敏感。
超高周疲劳失效问题得到了广泛关注。王清远介绍了他在金属、混凝土等材料的超高周疲劳方面的系列工作。洪友士等对一种高强钢进行了不同温度下的超高周疲劳实验研究，并深入探讨了微结构（如晶界、夹杂）的影响规律。此外，洪友士等还针对鱼眼型疲劳模式提出了一个理论模型。M. Sander等对超高周疲劳问题中变幅载荷的作用进行了实验和理论研究。G. Chai讨论了含有不同微结构的6种金属材料的超高周疲劳裂纹问题，指出对于不同金属，局部塑性耗散机制导致的疲劳损伤和裂纹萌生是不同的。C. Bathias等讨论了低周疲劳、高周疲劳和超高周疲劳问题中裂纹的萌生位置和条件，指出超高周疲劳问题中裂纹萌生机制不仅依赖于应力场，还与材料微结构的稳定性有关。
3.2 复合材料与非均质材料的断裂
在复合材料方面，L. R. Xu发展了一个简单的复合海水槽方法，用以模拟复合材料在海水中的理化及力学条件，研究了海运中使用的复合材料在动力学载荷和海水综合作用下的断裂和失效问题。M. Mizuno等通过实验测量，研究了碳纤维增强复合材料板在冲击载荷作用下热传导系数的变化与冲击损伤的关系。付绍云等研究了碳纳米管和石墨烯对室温和低温环境下环氧树脂基复合材料的拉伸和冲击性质的增强效果。古斌等通过数值方法说明Z-pinning方法可以显著提高复合材料的断裂韧性，且增强的效果可由外加电场有效控制。S. C. Wong等使用鼓膜（起泡）测试的方法，测量了静电纺丝高聚物膜的粘附能。R. Estevez等数值模拟了聚合物断裂行为中的三维效果。T. Kuriyama等详细研究了摩尔质量对PVC断裂行为的影响。彭向和等将自洽法与Mori–Tanaka方法相结合，评估了颗粒夹杂的复合材料的弹塑性性质，并通过计算与实验验证了理论预测的正确性。X. L. Gao等计算预测了纤维编织增强的SiC基复合材料的等效模量与渐进破坏特性。吴林志等利用域无关积分法分析了压电复合材料的断裂特性。在纳米复合材料方面，胡宁等通过分子动力学模拟，研究了碳纳米管－基体结构中碳管端部结构对碳管拔出过程的影响。C. R. Picu等讨论了热固性纳米复合材料中的增韧机制及其在碳增强相－环氧树脂基体系统中的应用。S. R. Qiao等研究了2D-C/SiC和2.5D-C/SiC复合材料的层间剪切强度，并通过扫描电镜检查断口形貌分析了该种断裂的机制。潘尔年给出了弹簧状纤维能很好地增强复合材料强韧度的结论。C. Y. Zhao等通过实验研究了含半椭圆表面裂纹的碳纤维增强的X80钢板在弯曲载荷作用下的裂纹扩展规律。J. Y. He等研究了具有核壳结构的高分子/金属颗粒的破坏行为。
王保林和韩杰才利用非经典热传导理论，研究了热冲击情况下平板中裂纹尖端的压力强度因子。梁军等研究了在高温烧蚀情况下，纤维增强复合材料的强度随时间的衰减。J. Li利用非局部断裂力学方法，模拟了热冲击下陶瓷材料的裂纹扩展问题。蒋持平、宋凡等对高温圆形陶瓷试样进行了冰淬实验，研究了试样厚度、热冲击温度对开裂模式的影响。涂善东等对光纤做了单轴拉伸实验，研究了高温工况下光学纤维的强度设计。
在轻质材料与结构方面，王铁军等研究了在多轴加载条件下，内部气体压力对多孔材料弹塑性变形的影响。秦庆华、王铁军等揭示了铝蜂窝轻质材料压缩行为的尺寸效应，并对受冲击载荷的金属夹芯结构的优化设计做了研究。李跃明等研究了在热环境下夹层板结构的声发射和动态响应，其理论模型得到了有限元/边界元方法的验证。陈常青对具有不同微结构的多孔金属板的力学性质进行了理论分析和数值模拟，讨论了宏观和微观缺陷的影响规律。徐绯等研究了蜂窝状夹层结构受冲击后的压缩性能，通过实验得到了结构的承载能力和失效模式，随后利用数值方法分析了详细的破坏机制，同时分析了低速冲击作用下，冲击位置对破坏的影响。卢天健得到了铝泡沫填充的夹层板结构在面外压缩下的变形和失效模式的相图。E. E. Theotokoglou对复合夹层梁在对称/不对称载荷下的三点弯曲进行了数值模拟，得到了结构关键区域的应力场和应力强度因子，并提出了一种粘聚力混合损伤模型。茹重庆等利用改进的内聚力模型研究了I型裂纹或自相似扩展的裂纹在快速扩展时的速度效应，指出内聚力区域的尺寸依赖于裂纹的稳态扩展速度；对于自相似扩展的裂纹，内聚力区域的尺寸会随着裂纹扩展速度的增大而减小。刘子顺等利用分子动力学和Tersoff势模拟了二氧化硅气凝胶的多孔结构，得到了气凝胶的杨氏模量和强度。M. Z. Jin等从理论和数值角度研究了纤维断裂、纤维交点分离及宏观裂纹等缺陷对烧结金属纤维毡力学性能的影响。L. Marsavina等通过数值模拟研究了损伤对闭孔泡沫材料力学性能的影响，总结出“随机胞壁缺失”和“胞元填充”两种缺陷类型。D. Chen等研究了镁、铝等轻质合金的超声波电焊技术。
3.3 新型材料与结构的断裂
新型材料的强度及失效行为是大会讨论较多的一项工作。R. D. Rajapakse等采用分子动力学方法模拟了石墨烯的断裂行为，发现石墨烯的强度与连续断裂理论具有平方根的相似性；此外，温度越高，石墨烯的断裂强度越低。Z. F. Zhang等提出了适用于金属玻璃的椭圆拉伸断裂准则，发现其比传统的Mohr–-Coulomb准则具有更高的精度。A. Hartmaier等基于原子模拟提出了过渡金属的半脆性断裂准则。D. Mohr等建立了依赖矿脉角度的韧性断裂模型的一般公式。J. Shuai等分析了单边切口试件的断裂行为，从断裂韧性与裂尖应力约束水平等方面，研究了单边切口试件的冲击失效问题。Y. Liu等研究了瑞利波在液晶弹性体中的传播。A. Hansen结合材料中的弹性力以及裂纹前端的局部力提出了一个模型，从而解释了裂纹前端的自仿射特性。T. Hatano采用分子动力学研究了耗散粒子系统在慢剪切作用下发生的雪崩现象。F. Kun等提出了异质材料蠕变断裂的纤维束模型，发现破坏演化的过程可以被视为一个非齐次泊松过程。D. Bonamy等通过重构脆性材料断口，发现局部微裂纹的扩展速度被限制在较低水平。D. Dalmas研究了裂纹在具有微结构的界面上的扩展问题。D. S. Wilkinson等利用X射线计算机断层成像技术观察了孔洞在镁金属中的桥联现象，发现过早发生的桥联使得孔洞浓度及孔洞方向对断裂的影响较弱；研究结果还表明局部的微观结构对孔洞桥联有重大影响。陈增涛等提出了一个先进的韧性断裂损伤渗流模型。岑松研究了正交各向异性材料中的缺口问题，得到了对称和反对称问题的本征值。L. Wang等利用光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜研究了镍基超合金在动态载荷作用下的拉伸变形行为。范华林建立了一个塑性模型来研究多级桁架材料的塑性变形和能量吸收，发现玻璃纤维增强分层格构材料是一种良好的轻质结构。
在智能材料和结构的研究中存在着诸多挑战。张统一等研究了静电牵引对力、电载荷作用下电介质材料断裂行为的影响，建立了带预制裂纹平行板电容器的理想模型，导出了以能量释放率为参数的失效准则的解析表达式。方岱宁等提出了一种运动的极化饱和模型，用以研究铁电材料中反平面Yoffe裂纹扩展问题。M. Kuna对铁电材料的非线性断裂行为进行了综述，介绍了相应的力电场理论和分析方法，通过实验和数值算例揭示了极化反转对断裂和疲劳行为的重要性。仲政等分析了具有周期界面裂纹的多层压磁、压电复合材料在面内磁场、电场载荷作用下的力学响应；采用积分变换与奇异值积分，重点考查了应力强度因子与能量释放率等参数。冯文杰等建立了两种磁电弹性体间磁－电可透过的界面裂纹的预裂区模型，并运用该模型数值对对称载荷情况作了求解。周进雄等研究了锥形介电弹性致动设备的电力稳定性，得出薄膜的临界电压随预载增大而减小、致动器的临界伸长正比于临界电压等结论。Y. P. Yue等得到了含界面裂纹的双层压电/压磁复合材料在机械、电磁作用下的应力强度因子变化规律。李法新等采用了Eshelby夹杂理论，提出了一种新型的基于能量释放率的断裂强度准则。洪伟提出了描述磁驱动聚合物力磁耦合作用的均相模型，并进行了实验证实。陈伟球等得到了三种不同电边界下的无限大压电固体中含有钱币状裂纹的三维解析解。Y. D. Li等研究了含界面裂纹的智能双层材料在电磁作用下的力学行为，并得到了应力强度因子的变化规律。H. Wang等利用杂交有限元模型分析了平面压电材料的断裂。周益春等研究了铁电场效应晶体管中的多场耦合现象，给出了漏电流关于应变、温度的相图及其在铁电材料中的分布。高蕴昕等介绍了细观力学和断裂力学在超导磁体系统发展中的应用。S. E. Borgi等分析了力、电、磁耦合作用下功能梯度电、磁弹性层中混合型裂纹问题，探讨了电、磁导率对各类物理场强度的影响。靳志和等研究了冷却速率对功能梯度板的热力断裂行为的影响，指出低冷却速率与更小的裂纹间隔能够显著降低热应力强度因子，从而提高材料抵抗热力断裂的能力。王杰利用相场方法，模拟了纳米铁磁材料中的磁涡流。周又和等提出了一种适用于巨磁致伸缩材料的修正的动态滞后模型。
人们一直致力于解决微力电系统和纳力电系统在制造过程中遇到的难题。江五贵等采用数值方法，研究了碳纳米管束有效力学行为的尺度效应。张吟和赵亚溥建立了一个考虑断裂力学方法的接触力学模型，用以分析微机电系统中的静摩擦失效问题。K. Sasagawa等发展了一种可用于分析由电子迁移所产生的原子密度分布的数值技术，评估了几种多级结构中金属线发生电子迁移的风险。电子材料在众多领域中有着重要的应用，因而也受到了广泛的关注。F. Q. Yang等研究了电流对锡材料蠕变行为的影响，指出在拉伸应力与室内温度的条件下，稳态的蠕变率正比于电流密度的平方。方菲就一类铁电单晶材料，进行了极化旋转与力电一体化可靠性的实验研究。陈旭等通过实验研究指出蠕变行为是致使银纳米焊接点疲劳寿命严重依赖于工作温度的一个主要因素。R. H. J. Peerlings等将集成有电子功能的织物材料简化为非连续的网络桁架结构，建立了研究其可靠性的细观力学模型，可用以分析纱线的滑移与断裂行为。郑仰泽研究了锂离子电池电极中的扩散应力、断裂的尺度效应以及在各种充放电条件下离子浓度、应力和应变能的演变，并提出了一个可用来表征电极中应力与应变演变的无量纲参数—电化学Biot数。
3.4 微纳米尺度上的断裂
在微纳米尺度的材料断裂方面，张广平等研究了具有面心立方结构的金属薄膜在纳米尺度上的疲劳机制，发现其耐疲劳性能随薄膜厚度的减小而增加。顾元通等研究了竹节状铜纳米线的扭转行为，殷雅俊等研究了微纳米曲面上的驱动力，指出经典的梯度和曲面上的形状梯度是驱动力的两个主要因素，并分析了二者的异同。S. T. Wurster等对具有体心立方结构的钨进行了微尺度断裂实验，利用扫描电子显微镜进行原位观察并详细解释了塑性对钨裂解过程的影响。D. Kondo等研究了韧性纳米多孔材料的均质性和有效强度。Y. J. Gao对单晶韧性材料中的微裂纹在拉伸载荷下的扩展和分叉进行了相场晶体模拟。M. Dao等讨论了晶粒尺寸梯度对纳米晶体钢板的抗冲击性能的影响，得出了最优的钢板厚度与晶粒尺寸梯度。E. C. Aifantis发展了一种纳米尺度下的塑性变形连续体模型，讨论了其对超细晶粒材料、纳米晶体材料和纳米玻璃的力学行为和失效分析的适用性。E. C. Aifantis给出了位错与裂纹的非奇异解析解，并介绍了经典位错理论与断裂力学的诸多重要应用。M. Zikry等建立了晶体材料的晶间与晶内失效模式的动力学模型。魏悦广等系统研究了考虑裂纹在颗粒边界上萌生和扩展的纳米晶体材料的整体力学行为，结果表明材料的整体强度和延展性与颗粒边界强度和破坏演化行为密切相关。K. R. Chandar等基于对单轴拉伸、平面应变拉伸和纯剪切实验的多尺度研究，发展了一种适用于多晶材料的韧性断裂模型。魏宇杰等研究了多晶材料中多相晶界的扩散和滑移等力学行为，得出当晶界的扩散率突变时瞬时应力分布将类似于裂纹的应力集中现象、多相晶界扩散的蠕变部分可恢复、Coble蠕变特性在存在多相晶界扩散时会发生改变等结论。李晓雁等通过大规模原子模拟研究了含缺陷纳米石墨的断裂行为，指出晶界缺陷会大大降低纳米石墨烯的强度以及材料对结构缺陷的敏感性。M. C. Wang研究了石墨烯及其与高分子之间的界面的变形行为和破坏机制。J. Toribio等回顾了氢扩散模型，并将其用于分析氢致脆化的现象，强调了如何将不同的隐式与显式方法应用于扩散－俘获模型。
针对表面、界面的微纳米尺度问题，M. Hoffman研究了各向异性晶体表面缺陷导致断裂的力学现象，并确定了硅片的断裂力学可靠性。王刚锋等利用表面弹性理论，考虑了表面效应对I型和II型裂纹尖端场的影响。Y. Li等得到了残余表面张力对裂尖附近应力场的影响：当裂纹在微纳米尺度时，表面张力的作用显著。M. Perelmuter研究了界面处的桥联裂纹演化的力学规律，并给出了外力场与临界桥联区域尺寸大小的关系。李显方研究了，两种各向同性材料在压缩载荷作用下，界面处的裂纹起裂问题，并分析了裂纹的萌生方向。
研究者发现并解释了许多新材料的奇特物理性质。例如，孙长庆分析了纳米尺度下的超弹性、超塑性和超刚性等特殊材料性质。郭万林等通过半经验的量子力学计算，深入研究了在电场和单轴拉伸载荷作用下单壁碳纳米管、石墨烯的不同失效机制和力学行为。范天佑探讨了液晶和准晶的断裂行为，指出非线性断裂分析对理解这两类材料的断裂特性至关重要。
3.5 软物质与生物材料的断裂
近年来，断裂力学方法在软物质、生物材料、细胞和亚细胞生物力学等方面应用越来越受到关注。A. G. Byju等研究了组织工程中常用的明胶和弹性蛋白的力学性质。M. Czerner等通过单轴压缩、压痕、线切割的方法，研究了不同哺乳动物中明胶、凝胶的变形和断裂行为。陈少华和高华健等研究了带中心裂纹的粘弹性条带在拉伸载荷下缺陷容忍的微观机制，指出条带可发生裂纹扩展的临界宽度随加载速率的增加而增加，且通过调控加载速率可实现材料在缺陷容忍状态和缺陷敏感状态间的转换。牛鑫瑞通过实验和计算分析了牙齿多层结构在单调载荷和循环载荷下的失效机制，观察和表征了牙齿的率相关的力学行为。王记增将配体－受体随机连接理论与连续介质力学描述结合起来，提出了一个用于预测细胞粘附的模型。季葆华等研究了细胞形状对于细胞在弹性基底上的迁移的影响。林原等系统、定量地研究了神经突和细胞外基质的相互作用，实验证明了胞外粘附是离散的。锁志刚结合实验和理论的方法研究了受压材料在褶皱生成过程中的流变行为，包括率相关特性、迟滞现象以及应变硬化等。黄永刚等报道了可逆粘附的相关进展，指出在压力控制的表面接触区域内，可逆粘附能够在三个数量级上实现强度可调，并就此讨论了可逆粘附在转移印花技术中的潜在应用。王建祥等研究了人类的间充质干细胞在石墨烯上的粘附特性，发现间充质干细胞与石墨烯的粘附作用会随着细胞成骨化的进行而加强。X. H. Zhao从理论、实验和应用角度，研究了电载荷下的孔洞失稳问题。S. Q. Cai研究了软材料从起皱到折痕的转变，考虑了该过程中结构几何的影响；此外，还研究了带空穴弹性体的突发失稳。洪伟利用相场模型研究了橡胶相关的断裂问题。曹艳平等研究了平面应变下超弹性膜基系统在面内压缩下的失稳模态转变，给出了面内压缩位移与失稳模态转变的关系，发现了从正余弦形式失稳转变为双周期失稳的现象。R. Huang研究了硬膜－软基底系统的起皱和脱粘现象：在初始无脱粘的情况下，从理论上预测了起皱的发生；当预先存在脱粘时，采用有限元分析得到了失稳发生的临界条件；当起皱和脱粘同时存在时，通过模拟论证了二者的关系。罗俊等研究了Winkler–Pasternak弹性地基上纳米尺度的Timoshenko梁的屈曲，并讨论了表面应力、梁的几何尺寸以及地基弹性模量对屈曲的影响。
在生物组织方面，R. O. Ritchie等研究了骨在生理应变率下的多尺度变形及断裂特性。研究指出，在小尺度范围，随应变率增大，胶原纤维的变形减小；在大尺度范围，随应变率增大，骨的断裂韧性减小。冯西桥等研究了贝壳珍珠母的断裂增韧机理，重点分析了晶片桥联机制对其高强度、高韧性以及高损伤容忍度的重要作用，并通过理论和数值方法揭示了其中的微纳米尺寸效应。王立峰通过实验及模拟手段提出了多层生物组织外骨骼的各向异性设计准则。N. M. Pugno等对多级生物复合材料的自修复功能进行了数值模拟。王建山和冯西桥通过构建力学模型分析了生物材料中手性传递的多尺度物理机制，并探讨了手性传递的尺度效应。陈斌通过数值模拟研究了湿度对于壁虎爬墙的影响，认为范德华力是壁虎粘附力的唯一来源。齐航等研究了生长中的肺动脉组织的力学性质，发现肺组织的生长是不均匀的，纵向生长快于环向生长。徐志平讨论了温度及pH值对网络状生物材料中交联力学性质的影响，并基于粗粒化模型分析了材料的分子尺度的力学行为在宏观上的表现。S. Y. Chang等采用原位透射电镜纳米压痕法分析了骨质疏松的骨纳米薄片的力学性质。熊春阳等研究了间充质干细胞在石墨烯表面的粘附问题。
3.6 断裂力学的工程应用
在本届大会上，断裂力学被应用于航天航空、土木建筑、核能、化工、能源、汽车、交通、生物医学等方方面面。在对混凝土、岩石等的研究中，E. Pasternak等分析了颗粒材料中非球形颗粒的旋转造成的失稳及其对断裂性能的影响，结果表明非球形颗粒的临界浓度随压缩应力的增大而上升，从而使材料更易失稳。L. Li等开展了不同温度下的岩石发生混合型断裂的实验研究。黄干云等使用数字图像相关技术，研究了砂岩在单轴压缩下的失效机制。K. R. Wallin等建立了一个新的混凝土线弹性断裂力学模型，并讨论了相关的尺度效应。Z. Yang等利用原位X射线计算机断层成像技术研究了中尺度的混凝土模型。L. Li等通过实验研究了不同橡胶浓度对橡胶混凝土的力学性质以及疲劳性能的影响。C. Z. Qi等从多级结构的角度出发，研究了岩石强度的动态尺寸效应。A. P. Selvadurai通过载荷测试，对地质性质进行了原位表征，其方法不仅适用于地表，也可用于深层地质的相关研究。卢春生指出损伤与断裂问题中的分形维数以及微裂纹的空间分布熵都会随损伤的演化而减小，并由此讨论了预测地震等自然灾难的方法。在工程材料与结构的可靠性、完整性和安全性评估方面，M. Gao等提出了基于临界应变的韧性断裂准则，用于分析管道中的凹痕等机械损伤。P. M. Frontini等通过数值模拟，评估了并行网路模型在分析HDPE管线经历由外压导致的屈曲塌陷时的力学响应上的适用性，并与传统的本构模型做了比较。M. Kuna等在温度和辐射作用下对压力容器钢作了微型冲击测试，得出了韧性损伤模型中的参数以及KIC。刘彬等进行了I型裂纹超音速扩展的定量分析，发现在亚音速条件下材料断裂韧性的裂纹扩展速度在超音速领域不再适用。
在机械、汽车领域等方面的讨论也受到高度关注。周青、夏勇等采用考虑了应变率和老化效应的内聚力模型研究了汽车等领域经常采用的胶结构件。袁荒等利用纳米压痕和有限元方法评价了焊缝中的局部应力，并研究了通过表面喷丸等技术引入的表面残余应力对材料行为的影响。L. T. Zhang等分析了化学成分、显微组织和蠕变强度之间的关系。D. Klingbeil等结合对瞬态裂纹行为的描述提出了一个预测结构寿命的解析模型。D. Chakraborty等采用有限元方法研究了最利于测量I型裂纹应力强度因子的应变片粘贴位置。S. Alexandrov提出了构造变形许可位移场的一般方法，可用于求解焊接接头等问题的极限载荷。G. Lacidogna通过声学与数值模拟相结合的方式对Asinelli塔进行了监测。G. Z. Wang采用单缺口弯曲试样研究了异种金属焊接处的局部力学特性和断裂行为，认为现有的J–R曲线给出的结果可能是非安全的。D. Eifler等利用电磁声换能器发展了一种测量疲劳过程和变形的原位测量方法，这种方法可以用于系统健康监测。S. Panin等通过光学和声波的方法研究了碳纤维增强复合材料的变形和破坏。
在航天航空方面，X. Wu等用权函数法研究了航空结构中多位损伤现象，预测的稳态裂纹扩展及剩余强度与实验符合较好。在铁路应用方面，S. H. Mai介绍了周期性拉应力以及摩擦磨损引起的铁道接触线的疲劳断裂现象；D. Klingbeil介绍了火车车轴的安全寿命、损伤容限设计、损伤检测的研究方法；Y. X. Zhao采用滚动压力技术，提高了铁素体和珠光体相的疲劳强度，这有利于火车车轴的设计。在桥梁和道路等交通基础设施方面，周志刚研究了沥青混凝土在单轴压力下的粘弹性和破坏性质；郝苏报告了其在桥梁安全方面的系列成果，分析了美国某大桥的倒塌的原因，讨论了断裂力学应用于现代工程时遇到的挑战；郝苏还基于弹性动力学对偶理论，得到了波在不同缺陷情况的板中传播的解析解和数值解。C. S. Wang将声学检测与车辆加载、动态应变监测结合在一起，得到了三者之间的关系，可用于预测桥梁的寿命；Y. L. Zhang给出了COD准则与深缺口弯曲测试之间的关系，以及铁路桥所能承受的最大载荷。D. Firrao等对两类新型高碳钢作了疲劳分析，并期望将该类高碳钢用于制造更轻质、安全的轿车车身。
3.7 断裂力学中的实验与测试方法及相关的实验研究
在裂纹扩展的全尺度分析测试方面，S. Schmauder 报告了在热流和II型剪切复合作用下，含裂纹的功能梯度/均质双材料的力学行为及应力强度因子的变化规律。F. Barthelat介绍了一种可用于检测位移跳变、计算子区域不连续位移场的数字相关的新计算方法，该方法应用简便。J. Y. He等采用实验结合计算的方法，研究了金属包裹的球型聚合物颗粒的应力应变特性。J. L. Evans采用数字图像相关法测量了Ni基合金蠕变疲劳裂纹的扩展。蔡力勋等提出了一种从J阻力曲线分离无量纲载荷参数的方法。
在冲击和动态断裂测试方面，N. A. Noda等利用有限元方法研究了聚合物材料在高速拉伸试验中的力学行为，讨论了最大动态应力和应变率的影响。M. N. Osipov等发展了可用于测量材料和结构的破坏和疲劳等的数字散斑干涉法，分别从理论和实验角度说明了这种数字散斑干涉法在测量材料动态力学行为方面的可行性。E. Gdoutos用焦散线方法研究了裂尖应力状态的改变对确定应力强度因子的影响，讨论了焦散线方法的应用限制以及由各向异性材料的双焦散线获取正确的应力状态的方法等问题。O. Ramos等采用声学检测结合传统成像的方式，考察了纸张的动态断裂特性。P. Cornetti等研究了含V形缺口结构在混合加载模式下的断裂模式及尺度效应。L. W. Sharpe等利用J-A2方法研究了十字形样品的断裂问题，认为该方法是在考虑约束时预测失效的一个有力工具。Z. L. Zhang等研究了裂纹尖端约束形式对韧性裂纹扩展的影响。
在可靠性、耐久性、寿命周期建模方面，U. Krupp的实验研究显示局部塑形会极大地影响该位置附近材料的微观形态和结构；H. P. Gaenser介绍了通过应变－寿命曲线得到应力－寿命曲线的方法，并给出了相应的安全系数；M. D. Lepech基于多相多孔介质输运和断裂现象，建立了新型水泥基工程复合材料的寿命预测模型。A. Volinsky等测量了TiN薄膜的形态、残余应力等特性，指出残余应力极大地影响薄膜的断裂强度。L. Ponson通过设计非均质粘附能获得了非对称的剥离强度，并可控制剥离阻力的提升。郑学军等研究了退火温度对0.94(Na0.5Bi0.5)TiO3-0.06BaTiO3薄膜电学特性的影响。F. H. Wang结合实验结果，给出了在还原过程中固体氧化燃料单元的微结构、弹性及断裂特性的变化。S. Lee等通过断裂技术制备薄膜表面光栅，分析了影响表面图案的波长和波幅因素。L. Lobanov等利用电子散斑干涉法研究了结构单元中的残余应力。Y. K. Gao等研究了表面强化工艺引起的残余应力及其对疲劳性能的影响。G. Parry研究了残余应力引起的表面失稳形貌，提出了由失稳形貌波长间接推算界面能的思路。X. L. Zhong考虑了失配应变和温度对热激活电场翻转过程的影响，提出了一个改进的滞回曲线模型。K. Manabe等通过扩孔测试和有限元模拟分析了不同大小的孔所对应的形成极限的差异，并由此提出了一种确定金属薄片韧性断裂材料参数的方法。
3.8 断裂力学中的计算方法
在材料的力学性质及断裂的原子模拟与仿真方面，D. Shermon研究了脆性晶体裂纹扩展的机制，通过硅晶体的断裂实验提出了脆性晶体裂纹扩展速度低于Griffith理论的临界值，指出由于多尺度效应，裂纹前端是弯曲的。X. Guo等基于通过分子动力学方法导出的粘聚力模型，用有限元方法模拟了-Ti的裂纹扩展过程，分析了裂纹扩展与该材料晶体结构和晶格取向的关系。在介观尺度模拟方面，S. F. Li等利用粗粒化模型发展了多尺度晶体缺陷动力学方法，发现并定义了单元网格堆垛层错能，该能量可导致不同的滑移运动和断裂模式。倪勇等对在力、电共同作用下的铁电畴准静态裂纹扩展进行了相场模拟。H. L. Gu等用相场模拟方法研究了铁电材料的非线性断裂。
在计算力学方法上，Q. D. Yang等提出了一种能够处理多重内在单元不连续的多相固体的有效增强有限元方法，用以分析多相固体中的断裂问题和裂纹间的相互作用。L. Z. Yang等提出了针对二十面体准晶平面断裂问题的有限元方法。涂善东等分别采用基于断裂力学的有限元方法和连续介质损伤力学方法研究了Cr–Mo圆柱形钢筒在高温下的半椭圆型表面裂纹，并对比了二种方法的结果。郑宏等详细介绍了数值流形法在线性断裂等力学问题中的实现过程及其中关键问题的解决方案。张克实等将统计意义上的代表体积单元引入颗粒水平的微观数值模拟，预测了多晶金属的低周疲劳寿命。赵明灏等发展了一种用于分析裂纹问题的多场耦合的边界元方法，计算了拓展的应力强度因子和能量释放率。陈作荣通过引入一种具有特定自由度的单元，发展了一种能够用于模拟水力压裂所致的裂纹扩展问题的扩展有限元方法。H. Y. Zhang将几何修正因子引入到各向同性线弹性半无限大体中的裂纹的应力强度因子和裂间张开位移的解析式中，并据此计算了无限大体中的半无限大裂纹、单边缘切口实验中的裂纹、SCK试样中的裂纹和无限大体中的中间裂纹这四种不同几何条件裂纹的应力强度因子和裂间张开位移。V. Romanova数值研究了镍基合金在压力和热载情况下的变形和断裂过程，发现在加热阶段，压应力最高的区域出现在HAZ区域，而在冷却阶段，HAZ区域出现三轴张力应力状态。Y. Li利用粘聚力有限单元法建立了可延展多晶的微结构和应力强度因子间的关系。L. C. Guo等发展了交互能量积分，用于估计非均质材料的T应力，并研究了材料参数的连续性对T应力的影响，指出材料的不连续性将在很大程度上影响T应力。G. Wang等用无网格法模拟了土壤液化系统，并研究了不同密度土壤中剪切带的形成。J. Sladek等采用无网格法研究了十边形准晶体在瞬态动载下的二维断裂问题。
扩展有限元是近些年发展起来的一种裂纹扩展模拟方法。庄茁建立了基于CB壳单元的扩展有限元新算法，用以模拟壳上任意裂纹的扩展问题。柳占立等基于扩展有限元方法发展了能表征多相域中不连续材料性质的数值手段，据此模拟了超音速波在颗粒/纤维增强高聚物复合材料中的传播。马力和吴林志等针对非均质材料中任意形状的二维裂纹，提出了一种相互作用积分方法，并据此发展了一种高效的扩展有限元算法。
边界元方法在断裂力学方面有多方面的应用。姚振汉基于二维、三维的弹性问题和一系列的基准问题，研究了边界元问题的计算误差和离散误差。张传增等针对压电材料的裂纹问题，发展了一种在外边界上采用传统位移边界积分方程、在裂纹面上采用超奇异面力积分方程的时间域边界元方法。刘轶军等将快速多极边界元方法应用于材料相关研究中。赵明灏等采用基于线弹性理论的边界元方法分析了裂纹问题。
4. 结束语
在中国，断裂研究起步于二十世纪70年代。四十年多来，我国断裂研究工作者面向国家重大需求，在材料与结构断裂的理论、计算和实验方法方面取得了重要成就。ICF13在中国召开，一方面是国际学术界对中国断裂研究的认可，另一方面也对我国相关研究的进一步发展起着重要的推动作用。ICF13的参会代表千余人，中国的参会人数也规模空前，既是国际断裂力学界促进学科发展、推动学术交流的一次盛会，也是我国力学、材料、航天航空、机械等多学科相关学者的一次盛会。断裂领域的众多著名科学家参加了本次大会，例如J积分的提出者J. R. Rice教授、HRR场的提出者之一J. W. Hutchinson教授、Paris公式的提出者P. C. Paris教授、美国国家自然科学基金委前主任S. Suresh教授、中国国家自然科学基金委主任杨卫教授等。上一任国际断裂学会主席A. Carpinteri教授来信说“ICF13是最好的一届国际断裂会议”。
本次大会呈现出如下主要特点：
(1) 会议内容涵盖面宽。这次会议设立了与断裂相关的近七十个专题和小型研讨会，从电子器件、压力容器、航空航天和核反应堆结构的服役安全与优化设计，到桥梁、道路等运输设施的可靠性和损伤检测；从传统金属和高分子材料的疲劳、损伤、腐蚀、蠕变，到功能梯度材料、微纳米材料、智能材料、软物质与生物系统的力学行为；从材料和结构断裂的基础理论和分析方法，到有限元、原子模拟、多尺度计算方法，以及各种条件下的实验和测试技术，充分展示了断裂研究与国民经济方方面面的密切联系。
(2) 多学科交叉融合更加紧密。本次会议所讨论的问题尺度跨域大，从宏观的地质演化和结构破坏，到微纳尺度和原子尺度下的各种现象和机制；涉及的材料种类丰富，从传统的金属材料到新型的智能材料、生物材料。从研究对象、研究方法、与会代表等方面看，都呈现出更深入而广泛的多学科交叉融合特点。本次会议为具有不同研究背景、不同研究对象、不同研究方法的断裂研究工作者，提供了一个广阔的交流平台，提供了一次各个分支学科交叉融合、相互促进的机会。
(3) 更加重视与重大工程的结合。在诸多工程安全、防灾减灾、人类健康等实际应用中，断裂、损伤、疲劳等问题依然广泛存在，呈现复杂系统的特征，因此断裂研究发挥着不可替代的重要作用，并持续地为经济发展与人类安全服务；与此同时，由于新问题的多样性（如多物理场、化学反应、复杂载荷条件、可生长与自愈系统），在理论、计算及实验手段的创新成为断裂研究未来发展的重要方向。
(4) 颁发并设立了多个断裂奖项，包括George Irwin金奖、Paul C. Paris金奖、Alan H. Cottrell 金奖、Takeo Yokobori金奖、Constance Tipper银奖和青年学者优秀论文奖。其中四种金奖授予对断裂研究做出重要贡献的著名科学家，Constance Tipper银奖奖励对断裂研究做出重要贡献的女性科学家，而青年学者优秀论文奖奖励本次大会上由35岁以下学者宣讲的优秀论文，以鼓励新一代年轻学者在断裂领域做出更多的原创性贡献。
此外，本次大会的会场设施、工作人员和志愿者的服务、会议资料等也得到了与会者的高度评价。
相信本次大会的召开，将掀起中国断裂研究的新篇章，也将对国际断裂研究起到显著的推动作用。
