11、分布式系统故障机制与分布拟合研究

分布式系统故障机制与分布拟合研究

1. 负载共享复杂系统中的故障传播

在负载共享复杂系统中，长时间承受恒定负载的组件失效被称为应力破裂或蠕变破裂。以纤维 - 基体复合材料这类多相材料为例，其失效过程具有多个阶段。在高稳态应力下，这类材料会表现出随时间变化的机械性能退化。随机分布的局部损伤会随时间随机增长，最终导致纤维 - 基体复合材料中出现微裂纹。这些微裂纹处的局部应力损失会使负载重新分配到相邻的纤维单元，进而加速相邻单元的损伤增长，导致相邻单元也出现微裂纹。最终，多个微裂纹汇合形成灾难性裂纹，这通常被称为“雪崩”机制。

在计算纤维断裂处的负载重新分配时，通常使用剪切滞后力学模型，该模型比理想化的负载共享规则（如均等、全局或局部负载共享）更符合实际情况。然而，该模型存在较多难以通过实验轻易获取的“自由”或“调整”参数，这限制了其实际应用。因此，我们考虑使用参数较少且与领域相关性较低的强度损失（LOS）模型。

在后续研究中，我们采用二维晶格配置，除了负载 L 外，还重点关注两个配置参数：弹性阈值 η 和定位参数 r，其中 r 定义了参与负载重新分配的邻域大小。

1.1 失效模式对比

在“雪崩”机制下，应力破裂模型存在两种不同的失效模式：
- “韧性”失效模式 ：纤维失效对负载水平不太敏感，纤维 - 基体复合材料表现出“韧性”行为。在这种模式下，随机的纤维失效会导致渐进式的分布式损伤，直到达到临界体积才会失效。
- “脆性”失效模式 ：失效对负载水平非常敏感，纤维 - 基体复合材料以“脆性”方式失效。在这种模式下，大部分连续的纤维断裂簇会逐渐增长