文一：

https://doi.org/10.1016/j.powtec.2020.10.020

颗粒介质侧限连续压碎中颗粒形状和颗粒破碎之间的相互作用

本文针对颗粒材料在侧限压缩下颗粒形状和颗粒破碎之间的互动演化进行了计算研究，并应用了一种结合近场动力学和非光滑接触动力学的新型多尺度方法。文章模拟了超过12700个不同尺寸、形状的颗粒在不同加载条件下的断裂并统计性地校核了结果。结果表明，随着颗粒破碎的进行，碎片的形状趋于一种稳态分布。同时颗粒形状对单个颗粒的强度和破碎模式有着深刻的影响，这种影响集中体现在球形指数上。平均颗粒强度与颗粒形状因子呈线性相关，并且球形颗粒倾向于具有较高的强度并以大分裂模式破裂。研究结果有助于解释颗粒介质中复杂的破碎行为，并对未来发展物理上预测颗粒破碎的有根据的、简化的模型有所启示。

图：模拟中采用了十五种颗粒形状进行沙粒填充，单个颗粒的压碎强度基于直径为1.7mm的颗粒受两平行板压缩的数值试验。

图：渐增载荷下砂石试样连续破碎的模拟：(a) 初始状态，(b) 5MPa, (c) 10MPa, (d) 15MPa, (e) 20MPa, (f) 30MPa。

文二：

https://doi.org/10.1016/j.cja.2020.09.046

近场动力学的疲劳损伤积累模型

尽管当前的结构完整性评估方法基于假定的相似原理，但下一代航空器的疲劳和破坏容限（F＆DT）评估需要虚拟空间内具有高保真的物理模型。为了满足数字孪生范式中F＆DT评估的需求，本文提出了一种近场动力学框架下的疲劳损伤积累模型。基于疲劳单元块的概念和Coffin-Manson关系形式的损伤积累定律，所提出的模型可用于疲劳裂纹萌生和疲劳裂纹扩展。在没有输入Paris定律参数的情况下，对于三种常见的结构材料，（所提出的模型）可以很好地预测恒定振幅和简单可变振幅分段加载情况下的疲劳裂纹扩展速率。另外，该模型可以轻易地扩展到概率型。为了验证模型的有效性，作者们模拟了多点损伤问题，并且可以很好地捕获实验中疲劳过程的统计性质。最后，文章总结了所提出模型的主要特征，并讨论了其与其他模型的区别。在该工作中提出的近场动力学损伤积累模型可能会为后代航空航天器中数字孪生范式的疲劳问题提供数值预测。

图：三相同开孔板的几何模型。

图：(a)-(c):裂纹扩展若干周期后的三种主要类型的开裂模式; (d)第2类的渐进开裂模式; (e)第3类的实验观察。

文三：

https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.121190

半圆梁弯曲测试的近场动力学模拟

由于大部分沥青路面的破坏与材料的抗裂性能直接相关，在过去的几十年里，通过室内试验和数值模拟，其性能表征被广泛研究。半圆梁弯曲试验（SCB）是一种广泛应用于测定沥青混合料断裂能的室内试验，同时基于有限单元法（FEM）和扩展有限元（XFEM）的数值模拟被用于研究裂纹的扩展过程。本研究中，一种新的断裂力学理论近场动力学被用于SCB试验过程中裂纹扩展的模拟，该理论将传统连续介质力学理论扩展到不连续的材料响应。数值的近场动力学分析结果与SCB试验结果相对比，发现模拟的裂纹扩展路径与试验观测结果吻合较好。分析了SCB试样几何形状引起的拱效应，并对开裂过程中的能量转化进行了量化。在模拟过程中，从荷载位移曲线可以观察到两个荷载峰值。SCB试验中的能量吸收可以进一步划分为四个不同的能量转移阶段。预计本工作可以促进对SCB试验中裂纹扩展的深入理解，更好的衡量沥青混合料的抗裂性能。

图：SCB的试样尺寸（左）和试验设置（右）。

图：SCB试验的近场动力学模型。

图：断裂路径实例，试验结果与模拟结果。

文四：

https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2020.125648

水流与化学输运耦合的近场动力学建模

自然和工程系统中的很多现象都产生于包含明显的离散和准连续混合机制的水力、化学和力学过程。这些过程采用非局部公式模拟，例如基于近场动力学的公式，与采用传统的局部公式模拟相比具有显著的优势。现有的水流与化学输运的近场动力学模型仅适用于饱和系统且采用宽松的耦合框架，如显示的时间步进法。本文通过发展一种非饱和介质中耦合水流和化学输运的键型近场动力学公式来改进非局部方法。提出了一种耦合化学输运近场动力学公式与水流公式的隐式解。首先，通过一维和二维耦合问题的有限元解和有限差分瞬态解对所提出的公式进行了验证。结果的一致性证明了所提出方法的准确性。其次，进行了一系列案例研究，以说明该模型捕获不连续性和非均质性的能力，包括静止裂纹，扩展裂纹以及随机分布的可渗透和不可渗透夹杂物。结果表明，基于近场动力学的多物理场公式与计算模型用于含真实物理微结构的非饱和多孔介质的反应运移，相对于传统局部公式有明显优势。

图：均匀介质中水流和化学输运的边界条件和初始条件。

图：40d时不可渗透包裹体的饱和度分布（左）和浓度分布（右）。

图：40天时可渗透包裹体（扩散系数和水力系数较小）的饱和度分布（左）和浓度分布（右）。

文五：

https://doi.org/10.1016/j.finel.2020.103480

一种稳定性增强的近场动力学单元来耦合非常规态型近场动力学与有限单元法用于断裂分析

非常规态型近场动力学（NSPD）是一种用于断裂分析的很有前景的方法，它可以将经典连续介质力学的本构关系纳入到近场动力学中。然而，高昂的计算成本是限制其应用的主要原因之一。为了改进NSPD的计算效率，提出了一种稳定性增强的近场动力学（PD）单元用以耦合NSPD和有限单元法（FEM），主要用于断裂分析。只有裂纹可能萌生或扩展的区域用所提出的PD单元来求解，同时剩余部分由传统的有限单元组成。所提出的PD单元的主要特征是在NSPD中键的相互作用不必平行于键的方向，且通过在单元中引入改进的沙漏法，抑制了由零能模式导致的不稳定性，从而增强单元的稳定性。基于NSPD的运动方程以及PD单元的虚功方程，推导了PD单元的刚度矩阵并建立了具有全局刚度矩阵的耦合NSPD和FEM方法。同时提出了两步的界面校正方法以提高两种区域界面处的精度。随后，为了验证所提出的耦合方法，对条形板的单轴拉伸、纵波传播、钢板的压缩试验和正交各项异性板的单边开口拉伸试验进行了模拟。采用所提出的耦合方法，准确的模拟了断裂过程，同时与仅使用NSPD相比，计算时间显著减少了超过80%以上。此外，用弹性张量表示本构关系，使得正交各向异性材料采用所提出的PD单元进行建模十分容易，改动小且基于应力的准则就可以使用。所提出的耦合NSPD和FEM方法具有精度高、计算效率高、使用方便的优点，有潜力成为复杂工程断裂问题定量分析的有效工具。

图：单边开口拉伸（SENT）试验中正交各项异性板的几何形状。

图：(a) 0°, (b) 30°, (c) 45°, (d)60°, (e) 90°的不同纤维方向下不含预制裂纹的SENT试样的位移分布（单位：mm）。

图：不同纤维方向(a)-(c) 0°，(d)-(f) 45°的复合材料板的SENT试验的裂纹扩展。

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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！

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