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2019年10月上期近场动力学领域有五篇新文章上线，其中包含陶瓷薄板破坏的热力近场动力学模拟、螺旋桨破冰模拟、混凝土破坏模拟、键的正交各向异性本构建模和态基模型快速数值求解算法。下面我们依次简要介绍：

文一：

https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2019.106708

用于陶瓷断裂分析的自适应热-力近场动力学模型

本文利用自适应网格细分技术建立了应用于陶瓷裂纹扩展的热-力近场动力学模型。与使用均匀网格的标准近场动力学模型相比，本模型允许只在关键区域提高分析精度。作者们探究了该方法在求解二维热-弹性问题中的性能，并将其应用于研究中心热冲击下陶瓷圆盘的断裂。最后，利用所提出的方法研究了矩形和圆形薄板的热冲击问题。通过将所得数值结果与文献中的有限元方法、标准近场动力学方法的结果或实验数据进行比较，作者们对本文提出方法的精度进行了评估。利用较小的计算开销，就能得到与实验数据较一致的数值结果。

图：二维陶瓷板热传输过程数值模拟的几何与边界条件

图：1秒后的损伤：(a)自适应建模；(b)均匀模型（损伤仅与细网格有关）

图：文献中淬火测试的试验结果图

文二：

https://doi.org/10.4208/cicp.OA-2018-0288

态型近场动力学模型的一种快速数值方法

近场动力学理论是对经典连续固体力学理论的重新表述，该理论特别适用于对位移场中不连续的表示和材料中裂纹及其演化的描述，这些是经典微分方程(PDE)模型往往无法解决的。然而，近场动力学模型的数值方法需要O(N^2)的内存来存储稠密刚度矩阵以及O(N^3)的计算复杂度，其中N是空间未知数的个数。因此，近场动力学模型的计算开销非常大，尤其对于高维情形。

最近发展的态型近场动力学模型，可以被认为是之前的键型近场动力学模型的改进版。态型近场动力学模型比键型近场动力学模型具有更复杂的结构。本文，作者们通过研究数值方法的刚度矩阵的结构，提出了一种态型近场动力学模型的快速配置方法。该方法具有O(N)的内存开销，并且每个Krylov子空间迭代仅需要O(NlogN)的计算开销。数值结果表明了该方法的有效性。

文三：

http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10217-1018291691.htm

冰桨接触动态特性及桨强度的预报方法研究

破冰船是各国实施极地战略必不可少的交通工具，其研发和建造近年来得到了越来越多研究者的关注。破冰船在有冰海域航行时，海冰将随着船体运动靠近螺旋桨，并与螺旋桨发生阻塞、碰撞、铣削、排挤等相互作用。特别是在冰桨铣削和碰撞等接触工况下，非常容易引起螺旋桨极端冰载荷作用。在以往的研究中，研究者更多的精力放在了理论分析和实验研究上，而对冰桨数值计算方法的开发研究的不多。由于冰桨接触实验的实施有较大难度，冰区桨的许多实际工况无法用实验开展研究，冰桨接触的许多现象和本质都没有被揭示。而数值方法可以克服这些缺点，模拟出实验无法实施的冰桨接触工况。为此，本文将冰桨接触动态特性的数值计算方法，掌握冰桨接触作用规律和机理，形成冰区螺旋桨桨叶强度分析步骤，为冰区螺旋桨的设计提供支撑。

本文综述了海冰研究、冰桨接触研究以及冰区桨强度研究的进展。从海冰研究进展综述分析中发现，近场动力学方法能够很好地模拟材料的大尺度变形和断裂，非常适用于对海冰破碎过程的模拟。近场动力学方法是本文研究冰桨接触动态特性的基础。针对冰块在冲击载荷作用下的破碎特点，本文总结推导了适用于冰破碎问题模拟的材料破坏准则和冰载荷计算方法，并发展了基于近场动力学方法的冰冲击问题的数值求解模型，自主开发相应的计算程序。为了反映冰桨接触的真实情况，本文还提出了冰桨接触检测算法，用于冰物质点与螺旋桨接触的识别。本文推导了冰桨接触过程中的各方向力和力矩计算公式。结合近场动力学方法和冰桨接触检测算法，建立了冰桨接触数值求解方法，并自主开发了相应计算程序。

图：球形冰冲击过程计算结果与实验对比

文四：

http://cpfd.cnki.com.cn/Article/CPFDTOTAL-LXCX201908001004.htm

改进的键基正交各向异性近场动力学模型

经典的键基近场动力学模型受到固定泊松比的限制。本文提出了一种改进的键基近场动力学模型，解除了泊松比的限制，并可用于分析正交各向异性单向板的变形和裂纹扩展问题。在改进的键基近场动力学模型中，每根键受到轴向和横向成对力的作用，额外增加的节点转动消除了由横向力引起的附加弯矩，从而确保了该模型满足角动量守恒条件。仿真结果验证了本文提出的改进的近场动力学模型的精度，并展示了其预测碳纤维复合材料的变形和裂纹扩展能力。

图：含线裂纹碳纤维单向板受拉伸载荷作用

图：含线裂纹碳纤维单向板损伤图

文五：

http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-HNKX201907016.htm

混凝土细观破坏过程的近场动力学模拟

近场动力学是一种基于非局部作用思想的理论，解决不连续问题时具有独特优势。首先概述了常规态型近场动力学的基本理论，采用了一种新的圆形骨料投放方法，有效地提高了混凝土骨料的投放率，建立了适用于混凝土细观破坏的常规态型近场动力学计算模型。对混凝土结构的细观破坏过程进行了模拟，数值模拟结果与理论解吻合较好，进而分析了混凝土结构细观破坏机理。

图：二型裂纹扩展（宏观模型）

图：二型裂纹扩展（细观模型）

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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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