水凝胶是一类具有三维网络结构的聚合物,在水中能够吸收大量水分而溶胀。水凝胶兼具固体和液体的性质,具有对环境敏感等特性并具有优良的生物相容性和生物可降解性等优点,在生物医学领域具有巨大的潜在应用价值。大部分水凝胶具有较低的断裂韧性。通过引入双网络分子链以及添加纳米增强相等方式可以极大地提高水凝胶的断裂性能。相比传统材料,学术界目前对水凝胶断裂行为的研究较少。本文以化学势和变形梯度张量为自变量来描述水凝胶的力学行为,采用内聚力模型研究了匀质水凝胶边裂纹以及不同水凝胶界面裂纹的断裂行为。探讨了体积溶胀度、单位体积网链数N 以及裂纹端部水分子浓度变化对两种裂纹断裂行为的影响。结果表明,当对匀质材料施加位移荷载时,N 值越大的水凝胶,其裂纹端部应力值越大；若保持内聚力模型参数值不变,N 值越大,裂纹扩展的临界位移荷载值越小；裂纹端部具有较高的水分子浓度并对裂纹尖端应力水平有一定的减缓作用；当水凝胶溶胀度增大时,裂纹端部水分子浓度和临界位移荷载值也变大,水溶液对裂纹断裂的抑制作用也越明显。对于具有不同单位体积网链条数和不同溶胀度的水凝胶之间的界面裂纹断裂问题的研究表明：两种水凝胶N 值相差越大,裂纹端部切向与法向张开位移比值越大,裂纹开始扩展时的临界拉伸比越小；当两种水凝胶的溶胀度差距增大时,裂纹尖端切向与法向张开位移比值也相应增大；水凝胶内的水溶液浓度增大能降低裂纹尖端应力水平,因此能一定程度上抑制裂纹的扩展。