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近场动力学最新上线的文章快报:2017年6月下(多图)

已有 3581 次阅读 2017-9-26 23:07 |系统分类:科研笔记| 近场动力学

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2017年6月下期有四篇新文章上线(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:


https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2017.06.008
作者们提出了一种新方法将原先Silling博士于2014年提出的用于近场动力学疲劳模型的一型开裂情况扩展到一型和二型开裂的情况。为了决定模型的参数,作者们提出了修正的Paris率(一种比较流行的疲劳裂纹生长模型)合并Tanaka于1974年提出的等效应力强度因子模型。此外,作者们还发展了将近场动力学J积分分解为一型和二型的方法。这些被分解的J积分值被用于计算和分析裂纹扩展过程中每种模式应力强度因子的改变量。通过与实验结果的比较,作者们验证了本文所提出的模型,并展示出在各种载荷条件下混合模式疲劳裂纹增长率能被精确地预测。另外,作者们还编写了基于矩阵计算的近场动力学代码,该代码使用GPU进行计算,明显减少了计算时间。



文二


http://doi.org/10.13340/j.cae.2017.02.001
基于非局部近场动力学(Peridynamics,PD)理论,作者们对含预置裂纹的混凝土巴西圆盘劈裂破坏问题进行建模分析。作者们将结构离散为包含混凝土材料信息的粒子,引入动态松弛分级加载和失衡力守恒等粒子系统数值算法,并构建可以自然模拟脆性裂纹扩展的PD算法体系. 对含不同角度单预置中心裂纹巴西圆盘的裂纹扩展过程进行数值模拟,所得结果与试验结果吻合较好,验证了所提出的模型和算法的正确性。 作者们进一步采用该方法模拟双预置裂纹巴西圆盘劈裂破坏过程中的裂纹扩展交汇贯通过程,通过将所得模拟结果与试验结果进行比较分析,探究该方法处理多裂纹扩展问题的可行性。


不同角度预置裂纹圆盘的破坏路径:(上排)模拟结果;(下排)实验结果



文三:


http://doi.org/10.1177/1081286517711495
近场动力学是计算固体力学中处理不连续的一个有效的方法。然而,它的计算花费大,限制了它的应用。特别是使用最一般的近场动力学形式,即非常规态基近场动力学模型。本文考虑了两种减少计算消耗的方法。第一种方法考虑了近场动力学计算区域中的对称边界条件。在非局部的近场动力学模型中,边界条件被应用到具有一定宽度的区域上,而不是边(二维)或面(三维)上。因此,当对对称边界条件建模时,假设在对称轴周围的固定颗粒得到不正确的结果。第二种是有限单元与近场动力学耦合方法被应用于非常规态基近场动力学模型。这个耦合的方法可以将近场动力学仅应用于像裂纹这样的不连续周围,而将计算速度较快的有限单元用于周围的区域。这两种方法在保证了可接受的计算精度的前提下有效地减少了计算时间。通过各种例子,作者们研究了这些方法的有效性。除此之外,作者们应用提出的方法研究了紧凑拉伸试样中的延性裂纹生长过程。通过与实验数据的比较发现,无论是完全的近场动力学模型还是耦合模型,所得数值结果都与实验结果一致。


在紧凑拉伸试样中两个开孔之间施加位移载荷1.2毫米时模拟结果在垂直方向位移场uy的云图。



文四:


http://doi.org/10.3934/energy.2017.4.585
由于具有高能量输出,卓越的排放控制和广泛的燃料适配,固态氧化物燃料电池被广泛用于混合动力船舶推进系统。然而,氢和氧离子间的氧化还原反应致使固态氧化物燃料电池的操控温度将达到800到1000摄氏度。这为离子通过陶瓷材料传输提供了合适的环境。在这样的操控温度下,电极和电解质都有可能发生退化。结果最终会导致电压不稳定,蓄电容量降低并电池失效。本研究针对包含电极、电解质和孔洞的多孔固态氧化物燃料电池板进行了热力学分析。作者们为了维持均匀的温度荷载并增加计算精度仅考虑了一个微尺度的平板试样。一个新的计算技术,近场动力学,被用于计算电池板的变形和应力。并且,近场动力学方法还可以计算裂纹的形成和扩展过程。根据这些数值结果,在充电过程中,损伤演变依赖于电解质和电极间的界面强度。如果界面强度较弱,损伤会出现在电极和电解质的界面上。另一方面,对于比较强的界面情况,损伤会出现在孔洞边缘,特别是那些带有尖角的孔洞边缘。


(左图)阳极层材料分布示意图:(绿色)电极,(黄色)电解质和(黑色)孔洞;(右图)对应的有限颗粒离散结果



弱接触界面构造的损伤状态:(a) 600度,(b) 800度,(c) 900度和(d) 1000度。


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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.


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