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2019年7月中期近场动力学领域有五篇新文章上线。特别值得关注的是关于第三届桑迪亚断裂挑战赛结果的汇总报道。桑迪亚断裂挑战赛为各种评估预测材料断裂能力的方法提供了一个比试的机会，至今已经举行了三届（2012年，2014年和2017年）。该比赛采用双盲赛制，在模拟结果提交前各参赛对都不知道试验结果，也因此格外刺激：“是骡子是马就拉出来遛遛吧！”。各位感兴趣的近友敬请关注：

文一：

https://doi.org/10.1007/s10704-019-00361-1

第三届桑迪亚断裂挑战赛：预测增材制造金属的延性断裂

桑迪亚断裂挑战赛为力学界提供了一个评估预测材料延性断裂能力的平台，比赛采用一种双盲循环赛的形式，参赛者需要在给定实验标定数据的条件下预测一个几何构件的变形和破坏。第三届挑战赛（SFC3）要求参赛者预测增材制造（AM）的316L不锈钢杆的破坏。该试样还含有通孔和非常规技术加工出的内部空腔。比赛前，组委会将提供给参赛者大量的数据，包括大量316L不锈钢件拉伸和带缺口拉伸的试验数据，并通过对材料晶粒纹理的显微CT扫描、电子背散射衍射信息和标准试样的金相测试确保了所有316L不锈钢试样出自相同的工艺制造平台。出人意料的是，尽管是由AM金属制成，在相同的破坏模式下破坏时所有的SFC3几何试样的行为没有很大偏差。这是因为通孔的应力集中影响盖过了AM空隙和表面粗糙性的随机局部影响。基于全局和局部尺寸，还有部分表面位移应变的数据图像相关（DIC）测量结果，参赛队伍需要预测响应中的一系列工程量，包括预测断裂响应结果的可变性，作为建模仿真方法预测能力的基础评估。最终，有21支队伍上交了采用不同方法的预测结果，第一类方法包括有限元法、无网格法、近场动力学法；第二类为显式与隐式时间积分与准静态求解器方法；第三类包括单元删除、带有键损伤的PD、XFEM方法、刚度阵降格的损伤方法，网格自适应重新划分等方法。同时也采用了许多不同的材料模型：塑性模型包括含J2塑性或等向强化Hill屈服、混合SwiftVoce强化、随动强化和常规强化曲线模型；断裂准则包括GTN模型、Hosford-Coulomb、三轴独立应变、临界断裂能、基于损伤的模型、临界空洞体积率和Johnson-Cook模型等；裂纹演化模型有损伤积聚和演化、裂纹键模型、断裂能、位移临界值、应力三向增长、Cocks-Ashby空洞增长、空洞成核增长聚合等模型。各队伍所用数据来源于拉伸试样数据、带缺口拉伸试样数据和文献数据等。本文给出了这些方法的详细结果，以便于找到解决与SFC3问题类似的AM材料延性断裂建模问题的最好方法。所有的盲预测都能够很好地确定裂纹的路径和萌生位置。SFC3参赛者比之前挑战赛的参赛者在变形和破坏预测方面表现得更好，表示他们采用了相对成熟的模型或之前挑战赛中最好的方法。本文对结果进行了细致的分析，讨论了对所给数据的使用情况，实验与数值结果对比的挑战，AM材料的缺陷以及人为因素的影响等。

图：（左）断裂挑战中关注的关键位置(H1-H4,P1-P4)和夹紧位移测量位置(P5-P10)；（右）桑迪亚国家实验室结构力学实验室的实验装置图，a)承载框架和主要组件描述；b)试样加载的特写；c)测试过程中与试样接触的夹具表面图；d)夹具装配的工程图。

图：提交的预测模拟结果显示了试样在裂纹萌生时垂直方向上的应变对数值。

文二：

http://raiith.iith.ac.in/id/eprint/5680

微极梁的近场动力学解

近场动力学是Silling于2000年提出的一种非局部连续介质力学理论。根据dell'Isola等人的介绍，近场动力学的开端可以追溯到Piola的工作。连续介质力学理论（CCM）是用于研究材料对变形与荷载条件的响应，以及不考虑原子尺度的微结构时，材料与结构在外荷载条件下的变形响应。经典的连续介质力学理论可用于各种各样颇具挑战的问题，但其控制方程有限制条件，不能被用于诸如裂纹等不连续情况，因为裂纹处的空间偏导数没有定义。为突破这种限制，一种全新的非局部连续介质方法，即近场动力学应运而生。引入该理论是因为它的控制方程不包含任何关于空间的偏导数，所以也可被用于裂纹处。另一方面，也可以将近场动力学当作是分子动力学的连续介质版本。近场动力学的这一特点让其能很方便的用于材料的多尺度分析。近场动力学在其他领域也很有用，比如湿度、热学、断裂、航天航空等，因此可以顺理成章地进行多尺度分析。针对渐进破坏引起的结构分析是颇具挑战的。可以借助于采用非局部与经典（局部）理论的技术来克服这些挑战。但是近场动力学理论相比于有限元方法来说计算代价很高。当处理复杂结构时，采用结构理想化可让计算更为可行。近场动力学现如今已吸引了许多研究者的注意，因为它的公式中包含积分方程，不同于经典连续介质理论中的偏微分方程。这一方法仍旧处于初期阶段，要使得它对于大量问题的分析可行，还有许多研究工作需要完成。

图：欧拉伯努利梁的运动学解释。

图：铁木辛柯梁的运动学解释。

文三：

http://cpfd.cnki.com.cn/Article/CPFDTOTAL-BJLH201801001124.htm

复合材料层板螺钉连接结构破坏的近场动力学模拟

本文基于近场动力学方法，对典型复合材料层合板螺钉连接结构在拉伸载荷作用下的破坏进行了仿真分析，同时开展了该连接件的静力学实验，仿真与实验结果在破坏形式上吻合较好，表明近场动力学方法在此类破坏分析中的有效性。

图：（a）典型剪切破坏形式；（b）实验载荷位移曲线。

图：（a）试件整体损伤演化图；（b）试件局部孔边损伤演化图。

文四：

https://doi.org/10.2478/pomr-2019-0022

基于近场动力学理论的复合材料螺栓连接结构损伤与断裂分析

玻璃纤维增强塑料比钢更具优点是显而易见的，但是复合材料的破坏分析相比于各向同性材料的却更为复杂，因为复合材料会以各种各样的不同方式破坏。为了模拟纤维增强复合材料螺栓连接结构的损伤与断裂，本文采用了针对复合材料弹性、脆性以及各向异性特点的键型近场动力学方法。文章通过有限元方法验证了针对复合材料层压板的近场动力学模型，采用复合材料损伤的近场动力学程序来计算螺栓连接结构的损伤以及损伤扩展过程，并预测了结构的破坏模式。

图：简化螺栓连接结构。

图：螺栓连接的损伤形式及位移的近场动力学模拟结果。

文五：

https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2019.106538

基于改进近场动力学的钻井作业过程中岩石开裂机理的自适应建模

本文基于三维改进近场动力学，发展了一个用于模拟钻井作业过程中岩石开裂机理的有效自适应模型。改进近场动力学方程将微键力定义为法向部分（来源于拉伸变形）与切向部分（来源于剪切变形）的组合。键断裂准则也同时包括了拉伸变形与剪切变形两种。通过重定义局部损伤准则以及钻头进尺准则，该模型会随着裂纹扩展与钻头钻进而进行自适应迭代。本文研究了不同钻进条件下的进尺速度，包括钻压、转速、轴向振动频率与振幅。该方法利用了近场动力学求解含不连续问题的巨大优势，并成功将近场动力学应用到了钻井建模之中。因此，模型可自动得到岩石的损伤扩展过程。该方法的另一大优势在于采用了改进的近场动力学，本构关系中分开考虑了剪切变形及其相关的损伤。这对于钻井建模至关重要，因为钻头的旋转常常会产生大量的切向裂纹。最后，本文提出的模型是自适应且非常有效的，因此，该方法可被用于模拟完整的大深度钻进过程。

图：钻井过程示意图。

图：钻头下特定层的变形。

图：特定层的损伤扩展。

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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！