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2019年12月上期近场动力学领域有六篇新文章上线。本期内容呈现如下几个特点：多篇文献考虑了热力耦合模型并研究了波动、冲击等动力学问题；态型模型被更深入地研究和应用；各种复合材料被作为研究对象。经过近期的跟踪调研发现，随着近场动力学理论被逐渐应用于工程的各个领域，更多的实际问题迫使研究者进一步探索近场动力学的复杂理论，如态型模型和热力耦合模型等。下面我们依次简要介绍：

文一：

https://doi.org/10.1111/ffe.13155

用于岩石热致裂的耦合热力学非常规态型近场动力学方法

本文提出了一种新的热-力耦合的非常规态型近场动力学方法来研究岩石热致损伤。将固体材料的热膨胀特性引入耦合热力学模型中以考虑温度的影响。利用近场动力热传导理论求解温度场获得的变形梯度张量。通过将变形梯度张量引入到非常规态型近场动力学的力态函数中，实现了热力耦合。建立了岩石热致开裂破坏判据。然后，通过数值模拟验证了热力耦合模型的有效性。通过实例分析验证了耦合模型的正确性。此外，利用本文提出的基于非常规态型耦合的近场动力学模型对岩石热破裂过程进行了数值模拟，结果表明数值模拟结果与前述实验观测值吻合较好。

图：岩石失效模式的实验观察。

图：不同温度下的热破裂过程。

文二：

https://doi.org/10.1016/j.rinp.2019.102840

焊缝中水平剪切导波的形成机理

水平剪切(SH)导波焊缝检测是一种新型的焊缝检测技术。为了更好地将SH导波应用于焊缝检测，有必要研究SH导波的形成机理，识别出适合于SH导波检测的焊缝结构。本文采用近场动力学以及SH导波在不同介质中的反射和折射理论进行分析与模拟。理论分析表明，导波的形成与导波的入射角有关，且导波的形成与焊缝高度和焊缝界面有关。通过数值模拟作者们研究了不同焊缝高度和焊缝界面对SH导波形成的影响。由于导波在焊缝和钢板中的强度能够反映SH波的折射和反射特性，因此焊缝高度有利于导波的形成。随着焊缝高度的增加，焊缝中吸收的能量增加，SH导波的辐射率线性减小。较高的焊缝会分散SH导波并混淆信号，这使得回波很微弱，不利于焊缝缺陷的检测。故此，本文得出结论：焊缝高度超过焊缝宽度的5%更有利于焊缝缺陷的检测。通过对焊缝界面的分析，得出U型界面和V型界面中SH导波的辐射率远高于II型界面，不利于焊接导波的形成，导致SH导波检测灵敏度低。

图：焊缝中的传感器和载荷。

图：焊接高度0mm时不同传感器的应力信号。

文三：

https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2019.111722

低速冲击下夹层玻璃动态断裂的常规态型近场动力学建模

夹层玻璃是一种典型的“三明治”结构复合材料，被广泛应用于诸如安全、车辆和运输工程等各种领域。夹层玻璃主要承受动态/冲击载荷，玻璃层破裂是其主要失效模式。本文提出了一种非局部常规态型近场动力学模型及数值方法，用于模拟低速冲击载荷下“三明治”结构夹层玻璃的动态失效过程。通过在常规态型近场动力学理论框架下重建传统粘弹性模型模拟了PVB层的力学行为，采用基于罚方法描述了玻璃和PVB夹层之间的附着力。研究了落锤载荷下夹层玻璃板的断裂模式，数值计算结果与实验观测结果吻合较好。此外，通过一系列数值模拟，深入分析了PVB夹层和玻璃层的厚度对夹层玻璃在受到冲击时的断裂模式、初始位置和裂纹扩展速度的影响。

图：夹层玻璃断裂的实验和有限元分析结果。

图：夹层玻璃的几何模型。

图：冲击载荷下夹层玻璃板的动态断裂过程(a):24微秒，(b):56微秒，(c):80微秒，(d):112微秒，(e):144微秒，(f):168微秒，(g):200微秒，(h):232微秒。

文四：

https://doi.org/10.1007/s11012-019-01098-w

材料失效模拟中非常规态型近场动力学和有限元方法的叠加

本文建立了非常规态型近场动力学和有限元方法的叠加模型，并应用于包括裂纹扩展和应变局部化在内的材料失效模拟。利用这种方法，基于整个问题域上的基础有限元网格，在关键区域上叠加一个能有效处理强不连续和弱不连续的近场动力学模型。本文提出了一种无混合参数耦合局部有限元与非局部近场动力学逼近的严格变分框架。通过一些数值算例，包括混合断裂模式、三维自适应裂纹扩展和应变局部化引起的延性破坏，验证了所提出的基于叠加的耦合方法的合理性和有效性。

图：混合型加载下的双边切口混凝土试件：(a):几何与加载条件，(b):基于叠加的耦合模型：用细网格表示的粒子被叠加到底层粗网格上。

图：整体位移场的等值线图及其有限元和近场动力学分量。

图：不同位移边界下基于叠加的耦合模型裂纹路径预测与实验观察结果的对比：(a):uy=0.022mm，(b):uy=0.028mm，(c):uy=0.036mm，(d):uy=0.07mm。

文五：

https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2019.103470

常规态型近场动力学理论研究高速冲击引起的塑性变形

近场动力学理论是一种模拟冲击载荷下材料行为的新型成功方案。键型近场动力学方法能够用于研究脆性情形下的冲击损伤，但是该方法不能模拟结构塑性变形引起的延性靶材的响应。为捕捉延性断裂，可使用常规态型近场动力学理论。已有文献用该方法模拟过一些简单条件下的塑性变形。本文旨在研究采用上述常规态型近场动力学模型模拟高速冲击引起的塑性变形。为此，考虑了不同形状弹体的高速冲击对钢板延性行为的影响。同时，研究了不同冲击速度和应变硬化强度下的穿透过程。结果表明，所采用的方法能较好地捕捉钢靶的塑性行为及其“后缘”现象，并验证了该方法对动态延性断裂的模拟能力。

图：半球形弹体侵彻导致靶材孔洞边缘变形的实验观测结果。

图：冲击速度为V0=141m/s时的塑性变形过程：t=40微秒(左)，t=80微秒(右)。

文六：

https://doi.org/10.1007/s10409-019-00916-4

纤维增强复合材料的非局部热弹性本构关系

本文通过各种细观力学技术预测了复合材料的有效性能。对于由局部形式表述的经典控制方程所描述复合材料各组份，传统细观力学技术通常给出局部形式的有效性能。然而，人们认识到在一般加载条件下，时空非局部本构方程可以更好地描述这些材料的宏观行为。因此，作者们推导了耦合时空积分形式下纤维增强复合材料的热弹性动力学有效控制方程。当忽略微观结构的惯性效应时，这些耦合方程简化为空间非局部的近场动力学方程。对于静态变形和稳态热传导，作者们证明了积分公式在捕捉高梯度区域的平均位移和温度变化方面优于传统的细观力学技术。该方法可应用于类似的复合材料多场耦合问题。

图：(a):复合圆柱模型，已广泛应用于单向纤维增强复合材料的有效性能计算；(b):施加于纤维上无穷小部分的应力；(c):无穷小纤维上的热通量。

图：复合圆柱模型的平均温度场。(a):金刚石/硫化锌；(b):碳纳米管/聚合物。

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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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