魏宇杰作题为“裂纹扩展与遇弱界面时的路径选择及其工程应用”的学术报告

【本站讯】5月20日，国家自然科学杰出青年基金获得者、中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室主任魏宇杰研究员应邀做客黄岛讲坛（储建分论坛），作题为“裂纹扩展与遇弱界面时的路径选择及其工程应用”的学术报告。

魏宇杰首先介绍了地质、材料以及页岩气开采等行业中普遍存在的裂纹扩展问题，同时结合石油大学的行业特色，提出了关于页岩储层的水力压裂悖论，即：现有力学模型预测页岩储层中的水力压裂为I型张开裂纹，但大量微地震测量表明水力扩展方式为II型剪切断裂。他由此提出水利压裂的关键力学问题：水力裂缝与层理等弱面相遇时，裂纹将如何扩展？

魏宇杰对直线裂纹偏转的能量释放率问题进行了详细解读，给出人工裂纹和天然裂隙竞争扩展的条件和方向的理论表达式，并对水力作用下的断裂模式进行预测，指出：随着水力压力增加，页岩储层将经历摩擦锁定、II型剪切断裂和混合断裂阶段，从理论上证实了沿弱面II型剪切断裂是水力压裂的主要断裂模式。

魏宇杰还分享了其个人及团队目前开展的一些最新研究工作：折线裂纹尖端的应力强度因子计算及裂纹尖端的剪切带扩展问题。他从极限情况下的经典应力强度因子理论出发，运用Muskhelishvili复势函数、Schwartz-Christoffel映射得到了折线裂纹的应力强度因子解析表达式。该研究成果比现有的经典理论适用范围更广，对于裂纹远场应力强度因子的预测更具优势。基于该工作可以进一步得到任意角度的能量释放率，由此可根据裂纹偏转准则对裂纹的偏转方向进行预测。

魏宇杰进一步分析了塑性局部剪切带和裂纹共面的情况，探讨了剪切带和裂纹的分岔问题。

在现场提问与交流环节中，魏宇杰就水力压裂的研究前景、理论研究与工程应用的结合等问题与参会师生进行了深入讨论。

魏宇杰，研究员，博士生导师，国家自然科学杰出青年基金获得者，现任中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室主任，研究领域包括材料的塑性变形机理与界面力学行为等，1997年本科毕业于北京大学力学系，2000年在中科院力学研究所获硕士学位，2006年在美国麻省理工学院获博士学位，2006年至2008年在美国布朗大学从事博士后研究，2008年至2009年在美国阿拉巴马大学机械工程系担任助理教授，以第一/通讯作者在Nature, Nature Materials, PRL, PNAS, Nature Communication JMPS, Acta Mater等期刊上发表SCI论文百余篇。