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2019年8月上期近场动力学领域有六篇新文章上线。研究内容涉及面广，包括力、热和化学腐蚀等加载条件，考虑了壳体、夹层板、圆柱和圆管等结构，模拟了静、动态破坏形式以及采用了粒子、单元或者相互耦合的数值离散方法等。下面按照上线的先后顺序依次简要介绍：

文一：

https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2019.106623

壳结构热力学行为的近场动力学分析

本文为预测三维六自由度壳结构的热力学行为提出一种新的近场动力学模型。同时，作者首次在近场动力学中提出了应对复杂壳结构的数值算法。本文基于临界能量释放率提出了壳结构的近场动力学损伤准则。为验证所提近场动力学模型的可靠性，作者预测了一个平板、一个弯曲板和一个加强结构的变形。随后又进一步模拟了一个双扭转扁平壳与一个有预裂纹的扁平壳的破坏问题以及一个玻璃杯的热力学破裂和一个坠落鸡蛋的破坏问题。

图：受恒压作用的加筋结构: (a) 三维视图, (b) 侧视图。

图：位移w(米)云图: (a) 近场动力学计算结果, (b) 有限元分析结果。

文二：

https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2019.106604

近场动力学研究碳钢管中的应力腐蚀断裂

应力腐蚀断裂（SCC）是指在在应力与化学腐蚀的共同影响下裂纹的成核与扩展现象，它可能会导致意外事故的发生。特别地，点腐蚀是一种极其局部的腐蚀类型，极易形成微小裂纹。在如此复杂的动态过程中对材料失效进行试验和传统计算方法模拟是很困难的。因此，本文基于新兴的近场动力学模型提出了针对腐蚀点的SCC数值模拟研究，并用于模拟不同腐蚀类型与加载条件下的碳钢管破坏过程。作者分别观察了弯曲和内压引起的周向与纵向裂纹路径。作者还找到了能够导致宏观裂纹发生的临界载荷，比较了不同腐蚀点和不同路径引起的动态延伸过程，所得结果能为结构设计与工程实践提供参考。

图：复杂工况下钢管的宏观裂纹形态: (a)周向裂纹，(b)纵向裂纹。

图：(a)、(b)、(c)腐蚀凹点和(d)、(e)、(f)腐蚀产物在内部压力作用下600、780、900个时间步长的裂纹形成和扩展的损伤图。

文三：

https://doi.org/10.1007/s12206-019-0704-4

考虑夹层影响的2D多层玻璃结构的动态断裂分析

本文对多层玻璃结构的动态断裂进行了高效近场动力学分析。近场动力学对解决固体力学中的裂纹和破坏问题是一个有效的数值计算方法，但其计算成本很大程度上限制了其应用范围，尤其是对于较厚板与较薄夹层结构组成的多层结构。作者提出一种隐式模型，其中夹层由近场动力学“虚(ghost)”粒子建模，粒子间具有特有的非局部力，层板则是由真实粒子模拟。本文计算验证了所提此非局部“虚”粒子的有效性与准确性。同时作者还研究了夹层效应与弹性背衬对动态断裂的影响特性。夹层在整个结构的动态断裂过程中扮演非常重要的角色，因为它限制了邻近的层板，约束了它们的运动。通过2D多层结构的近场动力学断裂分析，作者得出结论：夹层的弹性变形和层间经由夹层的能量传递对多层结构的断裂形式有相当大的影响。这一结论与应变能的相互作用与传播研究吻合。

图：玻璃-聚碳酸酯模型描述。

图：无夹层的玻璃-聚碳酸酯应变能密度。

文四：

https://digitalrepository.unm.edu/ce_etds/222/

校验态型近场动力学点阵模型

本文通过实验室所得数据校验了态型近场动力学点阵模型（SPLM）。SPLM有能力用格点网格对固体的裂纹建模。作者在模拟中采用一个平面应力弹塑性损伤模型。SPLM模型十分适合对水泥类材料进行数值模拟，它允许裂纹自然产生。本文中对网格进行了旋转，对裂纹路径的变化进行了研究。在实验室中，作者进行了九次巴西分裂圆柱试验，三次拔锚和简单拉伸试验，和八次标准尺寸圆柱压缩试验。同时作者测试了四个梁作为破裂实验的模量。随后比较了实验室所得数据与SPLM模拟所得数据。结果显示SPLM能够得到与实验数据和ACI程序预测相近的结果。这些结果验证了SPLM对这些试样的数值模拟来说是一种合理的方法。

图：巴西压裂实验的试验设置。

图：试验“BR09“裂纹发生的时间顺序。

图：将格点网格旋转a) 0°、b) 15°和c) 30°的巴西压裂试样的开裂模式。

文五：

https://doi.org/10.1007/s00707-019-02471-2

扩展多尺度有限元法与近场动力学耦合方法研究固体中裂纹扩展模型

本文为大尺度结构的裂纹扩展准静态分析提出一种扩展多尺度有限元法（EMsFEM）与近场动力学（PD）的耦合方法。首先，作者利用泰勒展开基于常规态型近场动力学模型得到了一个新的渐进近场动力学方程。为了集合EMsFEM的计算高效性与PD方法应对非连续问题的优势，作者提出一种基于基本数值方程的耦合方法，其中耦合区域内的EMsFEM中的粗糙单元节点与PD的物质点间的位移约束关系可以通过数值基本方程构造出来，并利用拉格朗日乘子表示为一个耦合的应变能方程。随后，作者采用一个双线性软化材料来描述键的损伤与失效，利用逐步迭代法得到了稳定态解。最后本文列举了几个有代表性的数值算例，结果验证了所提耦合方法对大尺度结构裂纹扩展的准静态分析的准确性与高效性。相比较于单独采用EMsFEM与PD方法，本文所提的耦合方法能够在降低数值计算成本的同时更好地模拟裂纹问题。

图：垂直加载二维样本的分区: ΩEMsFEM、ΩPD其中ΩC=ΩEMsFEM∩ΩPD

图：非对称三点弯曲试验及其分区示意图。

图：非对称含切口的三点弯曲试验的裂纹形态: a)情况一所提出方法的模拟结果, b)情况二所提出方法的模拟结果，c)试验结果。

文六：

http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10459-1019109049.htm

基于近场动力学岩石材料的动态断裂与瞬时热传导分析

岩石材料作为一种天然材料，内部含有大量方向各异的原生裂纹，研究这些原生裂纹的聚集、扩展以及分叉进而导致岩体的破坏失稳对于岩体工程来说是非常重要的。同时，近年来随着中国经济的快速发展以及对于环保能源的需求，页岩气作为一种清洁、高效的能源，目前已经成为全球非常规油气资源勘探开发领域的“新宠”。随着 21 世纪初北美“页岩气革命”的成功兴起，页岩气的战略地位逐渐被人们重视，而中国对于页岩气的开采还处于起步阶段，因此具有很好的发展前景。但近年来采用基于连续性假设的一些数值计算方法，例如有限元、边界元、有限差分法以及无网格方法和基于不连续假设的离散元方法、非连续变形分析方法等在处理含有预制裂纹这种既具有连续性特点又具有非连续性特点的岩石材料时，存在一定的自身局限性。本文采用的近场动力学方法（Peridynamics，简称 PD），可以避免在处理不连续性问题时所遇到的奇异性难题。本文采用近场动力学方法来研究岩石材料的动态断裂与瞬时热传导行为，并验证了所提模型在研究层状岩石材料动态断裂以及瞬时热传导方面的准确性和有效性。

图：试件几何尺寸和边界条件。

图：同一应力比状态下，在 60 µs 时不同裂纹倾角对裂纹扩展的影响。

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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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