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2019年3月上期有六篇新文章上线，其中最后一篇文章采用近场动力学建模并模拟了单向碳纤维增强聚合物基复合材料的切削过程，值得关注。下面我按照上线的先后顺序依次简要介绍：

文一：

http://dx.doi.org/10.1177/1475921719833754

非局部近场动力学方法模拟导向兰姆波传播和损伤相互作用的实验验证与确认

本文提出了一个近场动力学基模拟技术的实验验证与确认，被称为近场弹动力学，该模拟技术被用于模拟超声无损评估和结构健康监测应用中的导向兰姆波传播和波损伤相互作用。近场弹动力学是近年来发展起来的一种弹性动力学计算工具，它假定材料点与分布在其影响域内的临近点之间存在非局部相互作用。首先，本文采用了近场弹动力学方法对三维板状结构中的兰姆波模态及其与损伤的相互作用进行了数值模拟，并用有限元法验证了该方法的准确性和有效性。其次，通过实验结果验证了弹性近场动力学计算结果，表明该方法在无损评价和结构健康监测的应用中比有限元方法更为准确，计算成本更低。具体地说，本文利用近场弹动力学精确的模拟了原始板中的面内、面外对称和反对称的导向兰姆波的模态，并将其推广到研究波损伤与板内损伤（如裂纹）的相互作用。实验设计与各模拟参数保持一致。通过对对称和反对称兰姆波模态与原始板和损伤板的实验结果进行误差分析，验证了该方法的准确性。

图：时域平面内、平面外位移波形：(a1) ux(x, y, t)at t = 10 ms, (a2) ux(x, y, t) at t = 24 ms, (a3) ux(x, y, t) at t = 38 ms,(b1) uy(x, y, t) at t = 10 ms, (b2) uy(x, y, t) at t = 24 ms, (b3) uy(x, y, t)at t = 38 ms, (c1) uz(x, y, t) at t = 10 ms, (c2) uz(x, y, t) at t = 24 ms, and(c3) uz(x, y, t) at t = 38 ms

文二：

https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2019.02.032

微裂纹扩展偏转行为的近场动力学理论计算模型

为了更好的理解工程材料的断裂行为，微观层面缺陷的临界效应应该在宏观层面进行检验。本文研究了裂纹尖端附近存在多个微裂纹时的宏观裂纹分叉和偏转行为。作者们利用了近场动力学理论中的键型近场动力学模型。近场动力学在动态断裂建模上具有特殊优势。本文通过执行不同的数值模型，求解了各种斜线形和曲线形微裂纹簇的算例问题，从而更好地理解微裂纹的增韧机理。用标准例子确认了近场动力学的执行过程之后，本文还考虑了不同位置的多种微裂纹组合。为了捕获复杂的裂纹分叉形式，微裂纹的位置被设定为环绕和散布在主裂纹尖端附近。因此，更多的内能由于产生了新的裂纹面而耗散，并且主裂纹沿着更扭曲的路径偏转。研究发现，随着能量耗散量的增加，主裂纹的传播速度也会发生变化。此外，研究还表明，微裂纹包围着潜在裂纹扩展区域可增强脆性材料的韧性。总之，本文揭示了用以模拟脆性材料裂纹扩展的近场动力学理论的有效性和鲁棒性。

图：存在一簇月牙状微裂纹板的一般视图和放大细节

图：第1700时间步，板上存在一簇月牙状微裂纹：（a）带有损伤比的裂纹扩展视图；（b）速度场(m\s)；（c）主裂纹扩展的平均倾角

文三：

http://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?dbcode=CMFD&dbname=CMFD201901&filename=1018100694.nh&v=MjM0Njl0ZkZxNUViUElSOGVYMUx1eFlTN0RoMVQzcVRyV00xRnJDVVJMT2ZZK1pvRnlqbFViM09WRjI2RnJLNEg=

低温状态下沥青混合料半圆弯曲试验的近场动力学模拟

沥青混合料的低温开裂是沥青路面主要病害形式之一。在道路设计向力学——经验设计发展的大趋势下，现行设计体系对低温开裂的考虑主要基于经验设计，而经典连续力学理论在裂缝尖端遇到奇异性等困难，离散元等方法受到计算效率限制，均难以为研究断裂提供合适的力学模型。近场动力学理论在处理断裂问题方面具有理论优势，有望为沥青混合料开裂机理的研究提供力学基础。本文选用半圆弯曲试验作为验证对象，依据“键”为基础的近场动力学建立沥青混合料数值模型，分析半圆弯曲试验过程中试件的变形、受力以及能量变化并考虑粗集料、空隙率和微裂纹等对沥青混合料低温开裂的影响。

图：裂缝较长时（346s）位移矢量图(a)、水平(b)和竖直(c)位移云图

文四：

https://doi.org/10.1007/s42102-019-00006-w

均匀远端荷载下含一个夹杂的无限大近场动力学静态基体材料的建模

均匀远端荷载下无限大基体中含一个夹杂的分析是微观力学中的一个基本问题。本文考虑了一种具有键型近场动力学性质的非均匀介质。首先，在原始的无限大区域中截断得到的最终区域的外边界处建立体积边界条件。同时，研究者也考虑了周期化方法。最后考虑了一组迭代方法，其中位移场被分解为与无限大均匀介质承受均匀加载对应的线性位移和由一个夹杂引入的扰动场。该扰动场是用迭代法求解整个无限大样本得到，它的初始近似解由一个具有紧支集的驱动项给出。为了便于建模近场动力学静态复合材料，上述解的形式随后被改造成一个或另一个微观力学方法。作者们通过一维数值算例说明了该方法的有效性，并显示近场动力学静态复合材料杆的数值结果收敛到局部弹性理论的相应精确结果。

图：迭代法k=3 (1),10 (2),100 (3)和截断法(4)估算x/a的相对应变ε(x)

文五：

https://doi.org/10.1002/zamm.201800342

用非局部数值方法求解计算力学中的偏微分方程

本文采用一种非局部方法来求解连续固体力学中的偏微分方程。二阶空间导数是一个备受关注的问题，因为它们能够处理物理学中的许多动态问题。作者们介绍了一种非局部有限差分（FD）方法，证明了其在计算力学中的适用性。在理论部分的工作中，讨论了二阶常微分方程的示例解决方案。通过对粗糙空间域离散化的研究，验证了该方法降低数值色散的能力。基于所提供的非局部FD模型，推导了两类偏微分方程的离散形式，指出了该方法的潜在应用领域。本文考虑了弹性波动方程和热扩散方程。此外，对于前者，近场动力学（也是一种非局部方法）也被用来推导另一种离散公式。利用冯诺依曼稳定性分析，确定了所提供的数值方法的稳定性条件。作者们找出了计算模型的容许时间步长。本文的第二部分详细阐述的非局部公式的实际应用。作者们研究了气体箔片轴承（GBF）组件的热力学和力学特性，分析了用高温合金Inconel 625制造的GFB棒状结构。通过瞬态模拟，本文建立一维模型以确定温度和位移场分布。最后作者们再次证明了该粗糙网格模型能够降低数值色散。

图：气体箔片轴承（GFB）：a）典型径向GFB结构，b）GFB照片，c）三片式波箔的FE模型

文六：

https://doi.org/10.1007/s00170-018-03243-3

键型近场动力学建模单向碳纤维增强聚合物基复合材料切削

近场动力学作为固体力学的一种替代理论，能够有效地分析材料的损伤过程。本文为单向碳纤维增强高分子材料(UD-CFRP)的正交切割过程提出一种键型近场动力学建模方法，同时研究了相应的复合材料键破坏准则，以更好地阐释UD-CFRP加工机理。通过比较模拟结果和实验结果，表明该动态建模方法能够较好地预测UD-CFRP加工过程中的切屑形成和表面损伤。作者们最后研究了临界拉伸和质量密度对加工表面裂纹的影响。

图：时间在200ms，纤维铺层θ=0°时的切削实验和模拟结果

图：利用文献中的键破坏准则所得切削模拟结果

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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！