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近场动力学最新上线的文章快报:2017年4月上(多图)

已有 1910 次阅读 2017-7-3 02:02 |系统分类:科研笔记| 近场动力学

2017年4月上期有五篇新文章上线(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://diagnostyka.net.pl/archiwum/caly_tekst/18_1/10.pdf
本文应用近场动力学方法模拟了结构中裂纹的扩展过程。近场动力学方法是一个求解带裂纹结构动态问题的有效分析和数值求解工具。通过考虑以积分算子为基础的控制方程,使得建模和模拟裂纹扩展更加容易处理,从而避免了偏微分方程所遇到的不连续定义的问题。然而,像其他的非局部模型一样,近场动力学也存在为了处理非局部的长程相互作用而使得计算量增大的问题。这个问题现在可以通过使用并行处理和GPU等加速计算策略部分地得到解决。


由于不合适的力加载条件导致计算模型破坏:(a) 初始拉力和开口位置;(b) 结构和裂纹的初始变形;(c) 由于加载过快和施加力的边界面积过窄导致不适当的边界破裂。


文二


http://doi.org/10.1007/978-3-319-51954-8_2
发展和解释用于冲击损伤的模型和模拟过程必须要通过与实验数据的对比来验证和分析模拟结果。作者们提出了两种可视化的技术用于对颗粒基的模拟数据进行后处理(从而方便与实验数据对比)。在本文中,作者们考虑了一种用于模拟的基本的颗粒方法,近场动力学,它是一种连续力学的非局部广义化模型。第一种分析技术是一个扩展的组分标记算法以提取碎片尺寸和对应的(尺寸分布)直方图。碎片尺寸的分布也可以从真实的实验中获得,正如Schram和Meyer报道的 [1] 以及Vogler等人所报道的那样 [2]。第二种方法主要关注于冲击后应力的可视化。在此,颗粒基的数据被重新取样并且被用标准体积渲染技术进行渲染,以表征边界处反射后的应力波的扰动模式。为了提取和可视化分析,作者们采用了被广泛使用的斯坦福兔子作为复杂几何体。对于一个简单几何体的量化研究,作者们应用了侧向冲击实验 [3, 4]。在使用了本文提出的新的可视化方法后,人们可以用新的洞察力直观地理解碎片和波传播的量化比较结果。


速度为200米每秒的小球弹射到薄板上8.27×10^(-7)秒时的冲击模拟结果:(左图)损伤的可视化渲染结果;(右图)碎片提取渲染结果



速度为100米每秒的小球弹射到斯坦福兔子(1,787,245个离散点)上的应力可视化结果:(a) 0秒;(g) 14×10^(-8)秒;(k) 35×10^(-8)秒;(x) 100×10^(-8)秒


[1] .Simulating the formation and evolution of behind armor debris fields. ARLRP 109, U.S. Army Research Laboratory, 2005.

[2] Int J Impact Eng 29:735–746, 2003.

[3] Schradin, Scripts German Acad Aeronaut Res 40:21–68, 1939; Strassburger, Int J Appl Ceram Technol 1:1:235–242, 2004.

[4] Kawai et al., Procedia Eng 103:287–293, 2015.


文三:


http://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2017.04.003
聚合物粘结炸药是一种复杂的材料,这种材料在受到力的损害时会产生微结构损伤,这些微结构损伤可能导致材料的弱化和更为严重的意外引爆。本文提出了将碳纳米管分散在材料中得到纳米复合材料独特的压阻性能,使得能对材料进行原位的和实时的结构健康监测。为了进一步探索这种特性,一种耦合电力近场动力学框架被应用于在微结构层次上研究纳米复合粘结炸药的变形和损伤传感能力。这种近场动力学框架能够捕捉到这个复杂材料系统的关键变形和损伤机制。初步的研究显示碳纳米管的含量和颗粒的电导率是影响压阻响应的重要参数。并且,这些参数以明显不同的方式影响着弹性和损伤规律。最后,数值模拟的结果与仿纳米复合材料粘结炸药的压阻实验数据相比较,显示了这种纳米复合材料基传感的新应用是很有前景的。


不同应变下局部损伤(左栏)和电流密度(右栏)云图(碳纳米管浓度0.5 wt%)


文四:


http://doi.org/10.13340/j.cae.2017.01.001
本文利用近场动力学方法便于处理多裂纹萌生扩展和分叉的优点,将其应用于页岩水力压裂过程的数值模拟。结合页岩水力压裂机理提出在近场动力学中由破坏度跟踪裂纹扩展路径,并通过在新生成裂纹面法线方向施加水压载荷的裂纹追踪方法,成功模拟了单射孔横剖面开裂水压实验以及单射孔和多射孔水平井纵剖面的水力压裂过程,得到压裂导致的裂纹缝网结构。数值结果还表明初始射孔裂纹会显著影响后续的水力压裂过程。


多射孔水平井纵剖面示意



多射孔纵剖面水平井水力压裂过程模拟结果


文五:


http://doi.org/10.1117/12.2259991
本文研究了近场动力学模型模拟线性非均匀杆的频散特征,其中线性键基近场动力学模型被考虑。作者们通过采用线性变化的微模量函数表征了杆的非均匀特性。结果显示采用线性微模量函数的近场动力学杆等同于一个具有逃逸频率的低通滤波器。本文建立了近场动力学模型和具有长程相互作用的晶格动力学模型之间的一个关联关系。并且,通过使用分片线性微模量函数导出的频散关系,得到的计算结果与实验声子频散数据相吻合。


线性链弹簧质点系统与近场动力学模型之间的关系。纵轴 k 的单位是 1/米,横轴 ω 的单位是弧度/秒。内子图的纵轴 2K/M 的单位是弧度/秒^2,表示弹簧的强度,它是非局部相互作用质点数量 N 的函数

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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
也可以搜索微信号:peridynamics

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