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近动力学最新上线的文章快报:2019年2月(下)

已有 542 次阅读 2019-10-10 14:55 |系统分类:科研笔记| 近场动力学

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2019年2月下期近场动力学领域有五篇新文章上线,其中最后一篇文章结合实验与近场动力学模拟研究了激光诱导熔融石英的动态断裂。在实验上,作者们采用了光学显微镜与X射线断层扫描技术,得到材料内外的裂纹形貌。在数值模拟上,作者们通过近场动力学动态模拟试图解释不同断裂模式的起裂和扩展原因。整篇文章内容详实,图文并茂,敬请关注!

文一:

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https://doi.org/10.13245/j.hust.180619

冰桨接触过程中的遮蔽效应分析

考虑冰桨接触过程中前桨叶对冰结构的破坏,对后桨叶受的冰载荷产生较大影响,分析是由遮蔽效应导致,为了研究冰桨接触过程中遮蔽效应的影响,基于近场动力学和面元法耦合建立冰桨接触预报数值模型,实现冰桨切削动态变化过程的数值仿真。对比不同进速系数下螺旋桨叶面叶背载荷,探究冰桨接触工况下遮蔽效应产生的原因。分析了冰桨接触过程中遮蔽效应的影响因素,提出了遮蔽系数的计算公式,分别计算不同工况下的遮蔽系数,计算结果表明遮蔽系数计算公式的结果很好地预报了遮蔽效应对冰桨接触的影响程度。

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图:冰体冲击动态变化过程20190213_2.jpg
图:冰桨接触判断预报数值模型


文二

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https://doi.org/10.1007/s10659-018-09715-7

当前非局部弹性理论在坐标变换和位移计改变情况下控制方程的不变性

弹性动力学波方程在坐标变换下的不变性为实现弹性波的隐形提供了一种途径。在一般的坐标转换下,已经证明了传统的弹性动力波方程(纳维方程)改变了它的形式。除了传统的纳维方程外,还发展了各种非局部弹性理论以对固体行为进行更一般描述。这些非局部弹性理论的控制方程在坐标变换下是否能保持形式不变的问题尚未得到研究。在本文中,作者们考察了包括Mindlin 1964理论,应变梯度理论,应力梯度理论,近场动力学理论,Kunin1982理论,Eringen 1983理论,Kröner1967理论在内的现有非局部理论在坐标转换和位移计改变下的形式不变性。这些理论被分为三类,并依据三个准则来考察它们的不变性。结果发现,只有近场动力学理论、Kunin 1982理论和Eringen 1983理论满足形式不变性。作者们进一步证明了退化操作和非局部弹性理论的广义坐标变换之间形同“鸡同鸭讲”。这些结果为非局部弹性理论的性质提供了新的解释。


文三:

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https://doi.org/10.1007/s42102-018-0003-y

利用非局部显式有限元分析方法研究玻璃态聚合物的动态微孔增长和局部变形行为

本文将非局部积分理论引入到应变率加载下塑性软化玻璃态聚合物的有限变形粘塑性Gurson型模型中。为了提高计算效率和数值鲁棒性,利用ABAQUS动态子程序,将非局部平均孔洞体积分数和应力应变的更新耦合在一起。本文通过使用非局部显式有限元分析方法(FEA)分析两个数值算例,即分别对无缺口矩形板和哑铃形试件进行拉伸,通过对非局部微孔增长、目标载荷响应和局部变形带轮廓的精准预测,证明了引入的长度尺度可以很好的正则化动力学初值问题使之保持双曲状态。此外,作者们还研究了局部变形带宽度与长度尺度的关系。

20190215_1.jpg图:示意图: (a) 几何模型,(b) 三种网格尺寸的网格模型

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图:在拉伸应变分别为0.04、0.043、0.052和0.058的情况下,在应变率为10s^-1的非局部有限元分析中使用中等网格尺寸的孔洞体积分数图


文四:

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https://doi.org/10.1007/s10704-019-00351-3

通过位移研究近场动力学J积分

近场动力学理论是一种能模拟裂纹起裂、扩展和断裂的非局部固体力学理论。近场动力学理论基于积分方程,因此避免了在裂纹表面等不连续点处空间导数没有定义的问题。由Rice提出的J积分是经典连续固体力学中一个确定的表达式,是线性弹性材料和非线性弹性材料的断裂表征参数。此前,根据一组位移导数和随积分域变化的相互作用力,已推导出相应的近场动力学非局部J积分。在本文中,作者们通过将Rice的J积分完全写作位移导数的形式,提出了用于近场动力学的经典线弹性J积分的替代方法。作者们将新方法用于含中心裂纹的无限大板问题上,通过对比J积分解析解  K_I^2/E验证了新方法的准确性。通过与一个著名的近场动力学裂纹问题的进一步比较,新方法表现出很好的一致性。该方法计算效率高,并可进一步测试近场动力学模型的准确性。

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图:应变能密度(W)结果:(a) 250*250个材料点精确解析位移的应变能密度(W),(b) 250*250个材料点近场动力学模型应变能密度(W),(c) 50*50个材料点近场动力学模型应变能密度(W)


文五:

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https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2019.02.008

激光诱导熔融石英动态断裂的实验与数值模拟研究

熔融石英样品经受激光诱导的冲击荷载,改变激光通量以获得不同损伤量和特性的样品。本文同时利用了光学显微镜和X射线计算机断层扫描两种方法,得到相同样本分别在高低不同激光通量下的三维损伤和断裂图谱。作者们确定了三种普遍的断裂损伤模式。为了解释所观察到的断裂和损伤形态的原因,本文应用了近场动力学方法模拟了对样品的激光诱导冲击条件,作者们采用一个专有的冲击物理学代码“ESTHER”来计算基于实验的激光通量值赋予样本的瞬态动能。对瞬态动能求时间积分后,提供目标值以匹配近场动力学冲击条件。通过近场动力学模拟捕获具有合理定量精度的主要断裂模式。基于近场动力学动态破坏模拟,作者们给出了每种断裂模式起裂和扩展的解释。本文指出了数值计算方法的局限性和对未来工作的建议。

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图:HF样品显微CT扫描的损伤类型和尺寸。 x2-x3平面的横截面图,已标出前后的轮廓。图中央可见前、后表面损伤,已标记了V型、T型、H型裂纹

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图:T型裂纹的产生机制。损伤参数叠加到材料点的x1速度上以增强水平轴上的牵引力。(a) 整个目标的视图以显示整体现象。(b) T形裂纹开始弯曲时的详细视图。(所示时间由冲击后开始计算)


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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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