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2018年10月中期近场动力学领域有五篇新文章上线，其中美国NASA利用近场动力学模型模拟弹道极限的研究值得关注。据该文所说NASA采用盲测的方式同时验证了四种计算方法，近场动力学只是其中之一。这种盲测方式不仅有效训练了工程技术研究团队，还提高了模型应用于工程实际的置信度，是推动数值模拟技术发展的好方法！下面我按照上线的先后顺序依次简要介绍：

文一：

https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2018.10.003

正交各向异性材料弹性与断裂定量分析的态型近场动力学模型

本文针对正交各向异性材料的弹性与断裂定量分析提出了一种新的态型近场动力学模型。在该模型中，传统复合材料力学模型中的二维正交各向异性材料的四个独立材料参数被转化成相同数目的近场动力学常数，从而消除了对材料属性的限制，并且对正交各向异性材料的定量断裂分析专门定义了三种临界拉伸量。本文通过提出的模型对应力荷载与紧凑拉伸以及单边缺口拉伸测试下的正交各向异性层压板进行了定量模拟，以验证正交各向异性材料的各自弹性与断裂行为。作者们计算了层压板的应变与典型断裂参数（即柔度，临界荷载，耗散能密度），并与已有的分析和试验数据进行了比较。结果表明，本文提出的近场动力学模型能够捕捉正交各向异性材料的断裂特性（即裂纹路径，能量聚集度，荷载-位移关系，裂纹扩展时的能量平衡），并与紧凑拉伸与单边缺口拉伸试验结果一致。

图：单边缺口拉伸测试中采用两种不同临界拉伸值时三个点变量参数对应的断裂键的最终权重

文二：

https://doi.org/10.1016/j.cma.2018.09.019

弹性动力学问题的近场动力学与经典弹性力学的并发式耦合

本文提出了一种模拟材料力学行为与损伤增长过程的近场动力学与有限元耦合方法。近场动力学是一种非局部连续介质模型，在控制方程中以积分代替空间导数，从而区别于其他的连续介质模型。用积分替代导数在模拟断裂上有着巨大的优势，因为不连续出现或者增长之后，控制方程依然有效。尽管近场动力学方法能有效捕捉材料断裂过程，但由于其非局部的公式表达，导致计算量极大。为了降低计算代价，作者们提出了一种近场动力学与有限元的耦合方法，并仅对需要更高精度的小范围区域采用近场动力学模拟。发展这样一种耦合方法的主要挑战是消除由两个子域接触面引起的人为效应。主要问题之一是虚波反射，产生的原因是从近场动力学区域传来的高频波无法进入有限元区域从而虚假反射回近场动力学区域。这会引起近场动力学区域内能量的增加并且会大大降低计算精度。本文提出方法的主要特征就是消除了虚波反射，使得这种耦合方法与纯近场动力学方法一样精确。

图：采用近场动力学和有限元耦合方法模拟杆和板的碰撞，近场动力学区域与8个有限单元重叠。

图：碰撞板之后杆的速度等值线图。碰撞后在杆中产生了压缩波。提出的耦合方法能够把波从有限单元域转移到近场动力学区域，反之亦然。

文三：

https://doi.org/10.1007/s11440-018-0709-7

对压缩剪切荷载作用下断续裂隙破坏特性的三维数值研究

本文发展了三维共轭键型近场动力学模型，以全面研究具有断续裂隙的类岩石材料在压缩剪切荷载测试中的破坏特性。本文首先模拟了包含单一中心裂隙的类岩石材料试样。数值结果表明三维共轭键型近场动力学模型能够准确复现类岩石材料在压剪荷载作用下的破坏特性。然后数值研究了包含两条平行中心断续裂隙的类岩石材料的破坏特性。本文还研究了裂隙倾斜角、裂隙韧带长度、岩桥角对诸如裂纹聚结模式等断裂行为的影响，同时研究了起裂应力与聚结应力。

图：预置裂隙岩石材料试样在压剪测试中的几何构形和荷载条件

图：预置裂隙岩石材料试样在压剪荷载下三维裂纹起裂、扩展和聚结过程

文四：

https://doi.org/10.2514/6.2018-1703

基于近场动力学模拟的IM7/8552材料弹道极限确定

受高能动态冲击(HEDI)的主飞行器结构的设计与验证需要进行显著性检验；NASA先进复合材料联盟(ACC)的HEDI项目目前正在调研能对此类冲击作用下复合材料结构进行动态断裂模拟的有效方法。本文对该项目选择的四种渐进损伤分析方法之一，即通过EMU实现的近场动力学方法进行了讨论。作者们提供了近场动力学理论的简要介绍，接着给出了用于模型建立与评估而实施的弹道冲击试验的流程。对一个单独的开放测试用例介绍了详细的建模方法和试验-分析相关性，然后给出了测试前的一系列盲测结果以及由NASA测试的实验结果获得的试验-分析相关性。本文具体展示了用一个高速风扇叶片飞脱情况表征撞击器进行的IM7/8552复合材料板弹道实验中弹道极限(V50)的模拟结果。特别将理论分析确定的力和位移历程以及损伤状态与测量结果进行了比较。结果表明近场动力学方法能够预测采用两种不同撞击器对不同铺层复合材料板进行高能动态冲击时的损伤模式、冲击力与偏向。盲测是有前途的，对冲击模拟提高了模型的置信度。涉及刚度和阻尼的测试装备理想化（模型化）的保真度方面还有许多公开问题，仍需后续工作去处理。

图：近场动力学模型模拟弹道极限测试

图：几何模型侧向截图显示边界固定区域

图：锐形（左）和钝形（右）撞击器产生的平板面外变形。

文五：

https://doi.org/10.1002/nme.5973

近场动力学关联键的对应模型：稳定性与收敛性

近场动力学理论中的材料对应模型是一种强大的技术，允许对近场动力学表达方式中使用局部理论的标准本构模型。然而，经典的材料对应模型会遭遇材料不稳定性的问题，即零能模式，在实际应用中必须加以控制。最近提出的基于关联键变形梯度的对应重构方法能够从本质上消除材料的不稳定性。本文展示了关联键对应模型是如何满足材料的稳定性要求，并对收敛行为进行了检测。通过将本模型预测的二维和三维问题的结果与局部参考解以及采用罚稳定化方式的对应模型所获得的结果进行比较，进一步证明了本方法的精度。

图：二维板的几何构形和布局示意图

图：具有中心裂纹的二维板的损伤模式：中间步（上图）；最终步（下图）

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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！