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近场动力学最新上线的文章快报:2017年4月中(多图)

已有 1724 次阅读 2017-7-14 20:32 |系统分类:科研笔记| 近场动力学

2017年4月中期有六篇新文章上线(数据来源于谷歌学术,其中仅包括英文和中文的全文文献)。下面我按照上线的先后顺序依次简要介绍:


文一:


http://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2017.04.016
基于近场动力学的框架,作者们重构了相场理论并用于连续损伤模型。这使得作者们获得了更好的近场动力学的键断裂标准:本质上区分了键拉伸基的条件和键能量基的条件,也因此允许连续体破裂成几部分,这是经典的相场理论无法完成的。并且,基于近场动力学理论的重构使得用于相场的积分方程减弱了场变量的光滑性限制。通过吸取这两种理论(近场动力学和相场)各自的优势,本文所提出的框架也因此为包含裂纹或不连续的问题提供了一个更好的计算方法。从哈密顿(Hamilton)原理开始,本文获得了一个具有耗散修正的金兹堡-郎道(Ginzburg-Landau)类型的方程作为相场演变的模型。之后,作者们还获得了包含经典本构关系的近场动力学框架内的本构对应法则。本文模拟了包含裂纹分叉的动态裂纹扩展过程以及Kalthoff-Winkler实验。作者们还进行了模式二型脱层的模拟以展示本文所提出的模型能自然地阻止物质间的相互渗透。附录一还对近场动力学方程如何收敛到经典理论进行了简要讨论。


不同时刻,相场的空间变化(左图)和静水压应力的分布云图(右图)


文二


http://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2017.04.022
作者们发展了键基近场动力学模型用以研究正交各向异性复合材料的面内动态断裂过程。针对这种各向异性的材料,近场动力学模型的材料参数被扩展为连续的微模量C_θ,其中模量C_θ从纤维纵向到横向连续变化从而形成一个等效的正交各向异性性能。这个模型首次考虑了与裂纹扩展速度相关且同时变化的动态断裂韧性并用于模拟冲击动态断裂过程。通过使用这种与裂纹速度同时改变的动态断裂能,不仅最终的失效状态还有断裂过程和开裂速度都能被更加精确地预测。通过与实验结果的对比验证了本文所提出的模拟结果的正确性。


比较冲击断裂的(a)实验结果和(b)模拟结果


文三:


http://doi.org/10.1016/j.enggeo.2017.04.014
本文模拟了单轴压缩载荷条件下含有三个微裂纹的岩石类材料的裂纹扩展过程,并对不同排列方式的三个微裂纹的合并机理进行了研究。作者们采用了与有限元法耦合的近场动力学并行程序执行了这些数值实验,这些(高效的)并行程序可以用于捕捉更为逼真的断裂过程。在考虑微裂纹之间不同连接角度(bridging angles)的影响下,新裂纹的初始、扩展和合并过程被讨论。另外,不同微裂纹排列方式下的裂纹合并过程被观察,这些合并过程受到新生长的裂纹之间相互作用的影响。由于翼型裂纹、马尾型剪切裂纹、反翼型裂纹的相互作用以及中心拉伸裂纹段的扩展导致了多种裂纹合并的发生,这些模拟的结果与实验结果进行了比较。通过比较裂纹合并的类型以及相应的不同微裂纹的排列方式,作者们对裂纹合并的机制进行了详细地讨论。


岩石类材料裂纹合并的(左)模拟结果与(右)实验结果的比较,其中 I 至 III 标记了预裂纹的位置


文四:


http://doi.org/10.1111/ffe.12618
本文采用近场动力学理论研究了复合材料层合板的渐进损伤分析。所采用的近场动力学模型不受纤维方向和层合板铺层的束缚。在预研项目的支持下,通过与美国空军研究实验室所提供的最新数据的比较,验证了本文所提出的模型模拟的有效性。通过所提出的近场动力学模型的模拟,本文预测了拉伸和压缩载荷下具有圆形孔和三种不同铺层组成的层合板中每层的刚度、强度和损伤过程。这些预测结果与层合板每层铺层的实验观察和测量结果一致。


拉伸载荷下[0°/45°/90°/-45°]2s层合板上沿 x 方向的位移场


文五:


http://dx.doi.org/10.1061/9780784480403.022#sthash.G62fl989.dpuf
用于组合式桥面建造的超强性能混凝土(UHPC)连接件增强了桥跨结构(上部结构)的整体性能。尽管已经有大量针对UHPC连接件的实验研究,但是针对静载荷和循环加载下钢纤维增强水泥基复合材料的性能和损伤预测的数值研究还很少见。本研究的特殊之处是应用了无网格类型的分析方法。这种方法可以体现出纤维和混凝土之间的结合以及水泥浆和钢增强纤维之间结合的失效过程。这种表征可以通过分析来帮助重新设计UHPC连接件以提高这些连接件的长期服役性能。本文基于键基的近场动力学理论发展了无网格离散建模方法用以研究静态和循环加载下组合式桥面UHPC连接件的响应。通过研究发现本文所提出的无网格分析方法充分预测了静载荷和循环加载下UHPC连接件的响应,并因此显示出在预测UHPC组件的性能方法有非常好的应用前景。


静载荷下最终的损伤模式


文六:


http://dx.doi.org/10.1002/zamm.201600242
本文提出了近场动力学积分运算。这些积分运算可以被用来推导应变不变量的近场动力学(非局部)形式。因此,针对线弹性和超弹性各向同性材料,现存的经典应变能密度函数的近场动力学形式能被很容易的构造出来,且不需要任何的校正。本文基于应变能密度函数推导了力密度向量的一般形式。此应变能密度函数是根据右柯西-格林应变张量和雅可比行列式表达的。针对各向同性材料线弹性响应的情况,并基于应变能密度函数的经典形式,近场动力学的力密度向量被推导并用于二维和三维分析。并且,应变能密度函数的新形式导出了一个力密度向量,这个向量相似于键基近场动力学形式的力密度向量。通过使用均匀拉伸下长方形板的数值结果验证了带有这些力密度向量的近场动力学预测结果的正确性。


长方形板的几何尺寸以及边界条件(L=1米,H=0.5米,U=0.005米)



沿长方形板水平中线上各个点的水平位移值的Ansys预测结果与近场动力学模型的数值结果比较,其中近场作用范围半径 δ=mΔx , 其中 m 是正整数。

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近场动力学(简称PD)理论是国际上刚兴起的基于非局部作用思想建立的一整套力学理论体系,该理论通过求解空间积分方程描述物质力学行为,避免了基于连续性假设建模和求解空间微分方程的传统宏观方法在面临不连续问题时的奇异性[1],所以特别适用于模拟材料的损伤和断裂过程。然而,因为PD模型的数学理论较深,且新概念多用英文表述,所以很多朋友在学习时会遇到一些困难。在朋友的启发下,我想到在微信上建立此公众号,希望将研究PD理论的朋友们聚集起来,分享PD研习路上的点点滴滴,一起解决各自的难题,共同推动PD理论的发展!

[1] 黄 丹, 章 青,  乔丕忠, 沈 峰, 近场动力学方法及其应用. 力学进展, 2010. 40(4): p. 448-459.


每期文章评述的首发平台是微信公众号:近场动力学PD讨论班
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