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近场动力学最新上线的文章快报:2018年3月(上)

已有 1316 次阅读 2018-9-30 18:01 |系统分类:论文交流| 近场动力学

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2018年3月上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:

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http://purl.galileo.usg.edu/uga_etd/yaghoobi_amin_201705_phd 
作者基于近场动力学理论发展了一种多尺度无网格框架用以研究粘接复合材料的断裂行为。本文使用了非常规态型近场动力学模型和动态松弛算法计算近场动力学方程的拟静态解。作者还引入了高阶近似方法用以控制非常规态型近场动力学模拟所遇到的虚假变形模式(零能模式)。本文采用了非均质粘接复合材料断裂问题的两种主要建模方式:一种是纤维增强混凝土结构的断裂问题中包含的纤维增强相的半离散方法建模;另一种是混凝土膜的微尺度建模,其中的非均质混凝土材料包含四种物质相,即粘接基体,粗颗粒,界面过渡区和空气孔。对于各种组份材料的随机分布,作者进行了统计研究。最后,作者还采用了两种策略以减少计算量:1. 局部单胞的对称边界条件被采用;2. 非常规态型近场动力学与有限单元的耦合策略被使用,将近场动力学模拟限定在关键区域。这两种策略的使用在保证了计算精度的同时,极大的减少了计算时间。通过各种算例,本文展示了所提出计算框架的可行性和有效性。

20180301.jpg

图:孔隙率2%,团簇率40%的随机分布颗粒复合材料裂纹模式

文二

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https://doi.org/10.1007/s10659-018-9672-7
作者们基于非局部势能提出了一个用于自由损伤扩展问题的简单模型,该模型使用了态型近场动力学公式,由此模型模拟的损伤演化显示出了较好的适定性。作者们还识别出了每个演化瞬间的损伤集合。在此集合中,无论是拉伸应变还是静水压应变,局部应变场都已经超过了临界值,损伤也就出现了。对于这个模型,损伤集不随时间减小且与研究体内每个点上定义的损伤变量相关。作者们说明了演化过程中能量保持平衡。对于远离损伤集的可微位移,作者们还证明了这个非局部模型收敛到线弹性模型。

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图:四点弯曲示意图。位移加载沿-x2方向且被设置在两点(0.4725, 0.15)和(0.6725, 0.15),支撑点在(0.075, 0.0)和(1.725, 0.0)。

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图:损伤密度图显示了加载位置附近的损伤局部化现象。(左图例)局部点上的损伤密度;(右图例)箭头表示的位移向量。


文三:

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https://doi.org/10.3785/j.issn.1008-973X.2018.03.011
针对脆性多裂纹扩展问题,作者们基于近场动力学理论开展了本构建模与数值方法研究。作者们在常规微弹脆性本构模型基础上引入了物质点对的转动,同时在本构力模型中增加了能够反映物质点间长程力尺寸效应的核函数,提高了计算精度、效率和结果的稳定性。作者们构建了能够以统一的模型和算法自然模拟脆性多裂纹扩展全过程的近场动力学数值体系。通过定量的分析确定了最佳近场作用半径及核函数,通过双裂纹巴西圆盘和多裂纹脆性板的破坏过程模拟验证了所提模型和算法,结果表明:改进型近场动力学模型和数值方法可以定性、定量分析脆性多裂纹扩展问题。模拟单轴拉伸荷载作用下双裂纹脆性板的裂纹扩展过程,得到了初始裂纹分布情况对结构破坏形式和承载能力的影响规律。

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图:巴西圆盘上预置不同夹角的两个裂纹,上下受压后的破坏形式。


文四:

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https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2018.02.026
作者们提出了一个近场动力学的有限变形本构框架。该本构模型采用广义Kirchhoff应力测度作为中间量用以计算近场动力学材料点的相互作用。这个框架是已有的有限变形本构对应理论的广义化,且具有一些额外的有用性质。作者们验证了这个新的模型属于常规材料模型,因此它无需附加限制条件就能保持角动量守恒。另外,使用本模型不会遇到一些近场动力学材料模型所遇到的“表面效应”问题,且能提高材料(模拟)的稳定性,还能直接涵盖弹塑性行为的描述。

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图:对比(左)常规和(右)非常规态型近场动力学一对点间相互作用示意图


文五:

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https://doi.org/10.1002/pamm.201710174
近场动力学模型是一个非局部连续模型,当处理有不连续点,例如裂纹存在于变形场中的问题,它比经典连续模型更具优势。然而,近场动力学的非局部特性将导致介质的频散动态响应。本文关注一维态型线性近场动力学模型的频散性质,并研究了不同的近场动力学参数对频散关系的影响。此外,作者们还讨论了近场动力学作用半径的一种物理解释,且给出了它与实验频散数据之间的关系。

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图:不同围压下Massillon砂岩的模拟结果拟合实验结果。


文六:

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https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2018.02.026
极地船在冰区航行时螺旋桨很可能承受冰载荷。由于存在各样的冰况和螺旋桨的工况条件,因此作用在螺旋桨上的冰载类型也存在很大的差异。本文模拟了螺旋桨和冰的接触,并研究了不同条件下的铣削载荷。为了求解螺旋桨和冰的接触问题,作者们基于近场动力学方法和面元法建立了一种数值方法,它能够数值模拟在不同前进速度、接触位置、螺旋桨转速和冰尺寸情况下单块冰和叶片碰撞的动态响应。基于Fortran程序,作者们通过改变特定的影响因素对叶片在推力和扭矩上的六个分量结果进行了比较分析,并最终获得了不同条件下叶片上铣削载荷的变化规律。

20180306.jpg

图:在不同的冰前进速度下,叶片与冰接触的动态铣削过程显示,以及局部损伤云图。(a) 55ms, 0.412m;(b) 100ms, 0.412m;(c) 55ms, 1.236m;(d) 100ms, 1.236m;(e) 55ms, 2.06m;(f) 100ms, 2.06m。


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近场动力学(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,用空间积分方程代替偏微分方程用以描述物质的受力情况,从而避免了传统连续力学中的微分计算在遇到不连续问题时的奇异性,所以特别适用于模拟材料自发地断裂过程。然而,因为近场动力学的数学理论内容丰富且与传统理论差别较大,目前的相关文献又以英文表述为主,所以很多朋友在一开始学习时会遇到一些困难。因此,我于2016年9月建立了此微信公众号(近场动力学讨论班),希望通过自己的学习加上文献翻译和整理,降低新手学习近场动力学理论的入门门槛,分享国际上近场动力学的研究进展,从而聚集对近场动力学理论感兴趣的华人朋友,为推动近场动力学理论的发展做一点儿贡献!




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