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近动力学最新上线的文章快报:2019年5月(上)

已有 667 次阅读 2019-12-11 16:28 |系统分类:科研笔记| 近场动力学

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,或扫描文末的二维码加入。

2019年5月上期近场动力学领域有五篇新文章上线。这些文章延续了上个月的特点——持续展现出近场动力学向工程应用深入的趋势,包括:7系铝合金晶间破坏模拟,钢筋混凝土四点弯曲梁破坏模拟,摩擦接触的近场动力学建模(首次出现),氯离子侵蚀混凝土的多尺度建模与模拟以及国产SA508-3钢拉伸力学性能的近场动力学模拟。特别的,对于摩擦接触的近场动力学建模与模拟属于首次出现的应用方向,值得近友们关注!下面我按照上线的先后顺序依次简要介绍:

文一:

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https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2019.05.008

采用结合原子机理的非连续模型模拟7系铝合金沿晶间断裂中的η’析出相效应

第一性原理计算表明晶界中的析出相会减少晶界结合力。氢原子扩散穿过晶界时很可能会陷于Al/MgZn2边界,进一步减少包括Al-H-MgZn2在内的晶界结合能。本文提出了一种非连续的近场动力学模型,弥补了有限元方法的不足。近场动力学模拟结果表明裂纹会明显地沿着包含Al-H-MgZn2的晶界生长。

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图:7系铝合金的应力腐蚀开裂机理。(a)阳极溶解辅助开裂; (b)氢致断裂; (c)原子偏析

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图:冲击锤冲击模型表面,导致裂纹的形成


文二

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https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2019.05.004

钢筋混凝土结构的近场动力学模拟

在引起变形与裂纹扩展的荷载作用下,钢筋混凝土结构会呈现出连续介质力学不再适用的行为,因为大多数的传统模型不考虑混凝土受拉破坏引起的不连续出现与扩展。为了克服连续模型的缺陷,键型近场动力学模型于2000被提出,而态型近场动力学模型也于2007年问世。


微极近场动力学模型允许不同数值大小的泊松比,从而改善了键型近场动力学模型。本文提出了一种数值方法来计算微极近场动力学应力,结果表明对于很小的材料作用域,与经典线弹性解一致。借助这种方法,可以分析破坏区域中点的应力张量。文章通过试验得到了断裂模式,并与模型的模拟结果进行了比较。

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图:四点弯曲实验的实验装置和模型描述

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图:普通梁和钢筋混凝土梁的实验配置

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图:含有纵向钢筋的梁在四点载荷作用下的模拟结果

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图:含有纵向钢筋的梁在四点载荷作用下的试验

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图:含有纵向和横向钢筋的梁在四点载荷作用下的模拟结果


文三:

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https://doi.org/10.1007/s42102-019-00012-y

摩擦接触的近场动力学建模

本文综述了几种现有的摩擦接触近场动力学模型(这些模型之前仅在“灰色文献”中记录,灰色文献一般指非公开出版的文献),并对它们进行扩展来弥补各种各样的缺点。特别是,本文引入了态型非局部摩擦公式,修正了把广泛采用的短程接触力扩展到摩擦时(本文中称为Naive模型)不满足角动量平衡和客观性的问题。本文通过将各种近场动力学接触模型用于基准问题的有限元与无网格近场动力学分析以及冲击/穿透测试之中,从而阐明了这些模型的特性。

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图:硬球对脆性目标的冲击损伤等值线图,时间t=0.2ms时的图像。(a)键型模型,(b)态型模型,(c)Naive模型,(d)无摩擦模型

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图:(a)态型模型和(b)Naive模型计算的硬球撞击脆性目标时的损伤等值线。t=0.2ms的半平面视图


文四:

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http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10286-1019821246.htm

混凝土中氯离子输运过程的近场动力学模拟

氯离子侵蚀导致钢筋混凝土耐久性下降,会造成巨大的经济损失和能源浪费,已经成为海洋工程领域十分突出的问题。建立氯离子侵蚀混凝土过程的计算模型,对于研究钢筋混凝土耐久性破坏过程具有重要的意义。近场动力学(Peridynamics,PD)是一种基于非局部模型的数值计算方法,在解决非连续介质力学问题方面有着突出优势。本文采用近场动力学方法,对扩散和干湿循环作用下混凝土中氯离子传输过程开展了研究。

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图:模型中砂浆、骨料和 ITZ 层分布情况(a)示意图和(b)部分的局部划分图

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图:t=1.2×108秒时,(a)多尺度近场动力学模型与(b)均匀模型中氯离子分布情况(单位%)


文五:

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http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-SCJI201902114.htm

国产SA508-3钢拉伸力学性能的近场动力学模拟

近场动力学(PD)是一种新型固体力学理论,基于非局部假设,在连续和非连续问题上采用统一框架进行求解,在最近十年得到了极大的关注和发展,应用范围也越来越广。文章将近场动力学理论应用于核电设备中,基于国产SA508-3钢材料,编写Fortran 程序,研究薄板的拉伸力学特性。计算结果表明,近场动力学的结果与理论解的误差极小,精度较高,适合进一步应用在核级较大设备和较复杂力学问题。

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图:X、Y方向位移场云图


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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!



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