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2019年11月中期近场动力学领域有六篇新文章上线。从中可以看到：近场动力学微分算子已经被用于夹层板的应力分析；水下爆破作用下结构的毁伤模拟和颗粒高速冲击破坏的机理研究。以上内容都较为新颖，下面我们依次简要介绍：

文一：

https://doi.org/10.1016/j.tws.2019.106468

利用近场动力学微分算子和精化锯齿理论对功能梯度芯夹层板进行应力分析

本文提出了一种新的非局部模型——利用近场动力学微分算子（PDDO）和精化锯齿理论（Refined Zigzag Theory，RZT）来分析具有功能梯度芯的夹层板的应力。利用混合法则对功能梯度芯的厚度方向材料性能进行了设计。PDDO将RZT的平衡方程从微分形式转化为积分形式。这使得PDDO能够准确地求解局部微分方程。RZT非常适合于应力分析，特别是厚板和中等厚板。它只包含七个运动变量，并避免使用剪切修正因子。典型的夹层结构由软芯和刚性正交各向异性板组成。由于芯部刚度与面板界面刚度不协调，使得界面剪切应力增大，导致芯-面板分层。通过厚度对芯材的材料性能进行功能分级，可以降低界面应力。将PD-RZT的应力和位移预测结果与采用均匀网格和非均匀网格离散方法解析解进行了比较，取得了较好的一致性。结果表明，功能梯度型芯比经典型芯具有一定的优越性，并使芯与面板界面处的应力集中降至最低。

图：具有功能梯度芯和正交各向异性面板的夹层板的几何、材料和加载描述。

图：功能梯度夹层板的非均匀离散。

图：功能梯度夹层板的标准化挠度分布。

文二：

https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2019.109405

高聚物粘结炸药动态损伤的近场动力学建模

本文采用最新发展的三维近场动力学(PD)方法——允许缺陷自然演化，如裂纹或空隙，研究了1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四氮杂环己烷(HMX)基聚合物粘结炸药(PBX)的动态损伤响应。作者们开发了一个内部PD代码，并通过与已发表文献中的Kalthoff-Winkler(KW)和裂纹分叉标模测试结果进行比较来验证代码的正确性。本文采用随机微模量方法建立PBX的数值模型，能够捕捉PBX材料固有的微观结构的非均匀性。仿真结果表明，损伤过程取决于冲击速度和界面性质。损伤模式指数(DMI)定义为HMX-HMX损伤与粘结剂和HMX -粘结剂损伤之和的比值，用来量化穿晶损伤和粒间损伤之间的竞争损伤机制。分析DMI表明，界面粘结强度低的主要原因是粒间损伤。然而，随着冲击速度的增加，穿晶损伤的趋势增大。界面的高粘接强度使穿晶损伤模式成为主导。但随着冲击速度的增加，粒间损伤模型的趋势增大。本研究着重定量分析了两种典型损伤模式的竞争机制与材料性能和外部加载条件的关系，为深入研究冲击加载下PBX的损伤机制提供了新的思路。

图：PBX(高聚物粘结炸药)的近场动力学模型。蓝色和红色粒子分别代表粘结剂和HMX(环四亚甲基四硝胺)。

图：界面参数对PBX的动态损伤的影响。(a) β=0，(b) β=0.5，(c) β=1。

文三：

https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2019.106671

增强混凝土板水下爆炸损伤的计算研究

水下爆炸（UNDEX）作用下结构的动力响应研究已有几十年的历史，但对增强混凝土结构在水下爆炸作用下的损伤和破坏研究却很少。本文提出了一项综合计算结果——气背混凝土板在水下爆炸（UNDEX）作用下的动力响应（如下图所示，板一侧是空气一侧是水）。为了确定爆炸产生的载荷，通过将一个包含水和炸药状态方程相关参数的模型预测结果与在离心机中进行的钢板水下爆炸（UNDEX）实验进行比较来验证。然后利用这一载荷来预测在水下爆炸作用下（UNDEX）气背混凝土板的响应。采用连续介质损伤力学和近场动力学方法对增强混凝土板的损伤和破坏进行了数值模拟。这两种方法的结果是一致的，并为评估在水下爆炸作用下增强混凝土（RC）板的损伤提供了一种思路。

图：数值模型的几何形状。

图：增强混凝土板的损伤过程(相隔距离=100mm)。(a)t=0.1ms，(b) t=0.2ms，(c) t=3.0ms，(d) t=30ms。

文四：

https://doi.org/10.1016/j.powtec.2019.10.059

两个球形粒子冲击破坏机理的数值研究

近年来发展的近场动力学(PD)模拟允许自发的裂纹成核和扩展。本文利用该理论研究了冲击球形粒子的动态破坏行为与冲击速度的关系。随着冲击速度的增加，依次观测到了赫兹裂纹、主子午线裂纹、次子午线裂纹、环形裂纹以及裂纹分叉现象。在20m/s的冲击速度下，裂纹扩展速度可以达到瑞利波速的62％。随着冲击速度的进一步加大，由于动态路径的不稳定性，观测到了裂纹分叉现象，并导致了冲击球体的破坏性失效。在近场动力学理论中，将断裂键数与初始键数之比定义为损伤比，其演化与用离散元方法计算的结果一致，验证了该模型的有效性。此外，对理论接触力和计算接触力进行了比较，并进行了实验测量。本项研究提出了一个全新的视角去看待粒子的破坏机理。

图：模拟时间为5.0e-6秒时的不同冲击速度下的快照

文五：

https://doi.org/10.1155/2019/5105612

利用近场动力学理论研究搅拌摩擦焊接头在准静态和疲劳加载下的裂纹扩展行为

搅拌摩擦焊接技术(FSW)在航空器结构上广泛应用。焊缝力学性质的非均质性和结构中的孔将导致裂纹转向。近场动力学在计算裂纹转向方面有其固有的优势。本文利用近场动力学理论研究了搅拌摩擦焊接头中的裂纹转向行为。设计了带孔和不带孔的紧致拉伸(CT)试样。进行了准静态和疲劳载荷下的裂纹扩展试验。采用近场动力学微塑性模型，并建立了模拟准静态断裂和疲劳裂纹扩展的三级疲劳计算模型。将近场动力学预测结果与实验结果进行了对比。研究了焊缝方向对准静态和疲劳裂纹扩展行为的影响，以及孔位置对裂纹路径几何的影响。结果表明，近场动力学微塑性模型和三级疲劳计算模型能够很好地捕捉到搅拌摩擦焊接紧致拉伸试样中的裂纹转向行为。近场动力学裂纹生长率与实验结果一致。对于无孔紧致拉伸试样，裂纹向材料较软的焊缝区偏转。焊缝方向对裂纹生长率的影响不明显。对于有孔的紧致拉伸试样，裂纹扩展方向主要受到孔的位置的影响，焊缝方向对裂纹路径影响不大。

图：准静态裂纹路径比较。(a) 试样1的实验裂纹路径。(b) 试样1的近场动力学裂纹路径。(c) 试样2的实验裂纹路径。(d) 试样2的近场动力学裂纹路径。

图：疲劳断裂路径比较。(a) 试样3的实验结果。(b) 试样3的近场动力学结果。

文六：

http://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?filename=1019051176.nh&dbcode=CMFD&dbname=CMFDTEMP&v=

深部岩体爆破开挖卸荷损伤演化机制及其数值模拟方法

高应力条件下地下隧道、洞室的岩石开挖工作面临着岩体卸荷变形与开裂损伤控制难题。钻爆开挖的爆破荷载以及因开挖而导致的新生自由面岩体应力动态卸荷(开挖动态卸荷)对岩体产生的动力扰动是地下工程灾害的重要诱因。因此探究深部岩体爆破开挖卸荷损伤演化机制是岩土与爆破工程中的重要课题。本文以深部岩体爆破开挖中岩体动力损伤为研究主线，采用理论分析、实验与数值模拟相结合的研究方法，完成了多项研究工作。特别是在本文研究的最后，作者引入了近场动力学方法，基于自己开发的数值计算程序，模拟了爆破及动态卸荷引起的深部岩体裂纹扩展过程以及围岩的开裂损伤分布，为相关领域的研究工作提供了新的思路。

图：动态卸荷导致围岩开裂损伤范围。

图：隧道围岩V型槽开裂

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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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