材料延性断裂通常起源于微介观尺度孔洞的成核与演化。自1977年Gurson模型问世以来，它便成为描述材料中孔洞损伤的经典理论基石。然而，近半个世纪以来，该模型始终受制于一个根本性局限：它假设孔洞存在于均匀基体中，无法处理基体中存在“夹杂物”（如增强颗粒、纤维或第二相粒子）的非均质情形—而夹杂与基体之间的界面脱粘、应力集中，以及夹杂自身的开裂，正是诱发孔洞损伤的关键环节，经典Gurson理论无法解决。近日，中国科学院力学研究所团队提出了从概念创新到理论突破的系统解决方案。相关成果以A generalized Gurson model for loaded "voids"为题，发表在英国皇家学会会刊Proceedings of the Royal Society A。

从“被动缺陷”到“主动单元”—新概念撬动经典损伤力学的理论升级

研究团队通过定义了“加载孔洞”（loaded "void"）这一全新物理构元，将实际孔洞与其周围引发其形成的夹杂物整合为一个协同演化的复合体，同时把夹杂－基体间的界面应力等效为作用于孔洞内表面上的载荷。该新概念标志着孔洞从“材料中的缺陷”升级为“具有力学主动性的基本单元”，彻底改变了Gurson-type系列理论中孔洞仅作为几何缺陷的被动角色。

基于 “加载孔洞”概念创新，理论推导了耦合考虑基体、夹杂与孔洞损伤的材料塑性屈服面函数。该新函数与已有经典理论具有普适兼容能力：当基体无夹杂时，它精确退化为经典Gurson模型；如果孔洞内夹杂为气体，则可转化为孔洞－压力模型；如果夹杂不引起孔洞损伤，则还原为复合材料的强度混合法则。从而，将原本分散，甚至互不隶属的若干理论描述，统一纳入了一个更具包容性的框架之中。

在此基础上，研究团队将正交流动法则应用于该塑性屈服面，构建了完整的孔洞损伤本构理论框架。与传统Gurson模型仅通过孔洞体积分数单通道描述损伤不同，新模型揭示了损伤演化的双通道机制：一方面，孔洞－夹杂复合体发生体积增长；另一方面，夹杂－基体界面的承载能力逐步退化。这两条路径相互耦合，共同驱动材料宏观性能的劣化，更加真实地刻画了含夹杂材料在受力过程中从微脱粘到宏观失效的完整物理图像。

严格验证与广泛应用前景

新模型的有效性并非停留于理论推演。研究团队通过有限元单胞数值模拟，与经典Gurson模型及其衍生GTN (Gurson-Tvergaard-Needleman) 模型进行了系统对比；同时，将模型预测结果与多类复合材料体系的实验数据进行了严格对照。结果均验证了新模型作为“考虑夹杂效应的Gurson-type统一理论”的普适性与预测优势。

本工作的理论贡献不在于对Gurson模型的参数修补，而在于通过“加载孔洞”这一新概念的定义，重构了问题的物理边界—将“夹杂”从外部扰动转变为内生于理论的基本要素。该思路为更复杂异质材料体系的损伤本构建模开辟了一条可推广的新路径，也为工程材料的损伤容限设计、寿命预测及失效判据建立，提供了具备坚实物理基础的理论工具。

第一作者为喻立助理研究员，通讯作者为蒋敏强研究员。该研究得到了NSFC青年科学基金项目（A类）、重点国际合作研究项目和中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划等资助。

论文链接：https://doi.org/10.1098/rspa.2026.0342

图：基于加载孔洞概念创新的广义Gurson模型及其与经典理论的普适兼容性