文一：

https://doi.org/10.1007/s10704-021-00520-3

基于近场动力学理论的音速剪切裂纹扩展研究

作者们借助有限元分析软件ABAQUS实现了基于键型近场动力学理论的Ⅱ型裂纹动态扩展过程的模拟。作者们采用受冲击剪切载荷作用下的带预裂纹粘接均质Homalite板模型来模拟Rosakis等人在1999年进行的实验。在本研究中，粘结交界面处的近场动力学键使用了一个与交界面处的Ⅱ型断裂韧性相对应的常值临界伸长率。通过对Silling和Askari在2005年提出的微弹脆性本构进行修正，作者们使键型近场动力学模型可以在模拟过程中自发地重现裂纹的萌生和扩展过程。冲击载荷则通过脉冲速度场边界条件施加于板模型上。借助键型近场动力学模型，裂纹扩展的亚瑞利波和音速流态被表示为Ⅱ型断裂韧性和冲击速度的函数。根据粒子速度云图中显现出的剪切马赫波可以将音速的裂纹扩展从亚瑞利波速的裂纹扩展中分辨出来。当Ⅱ型应力强度因子与冲击速度达到临界值时，可以观察到裂纹扩展的速度通过Burridge-Andrews机制以略低于瑞利波速转变为音速。本文认为以持续音速扩展的裂纹尖端速度介于1.57倍剪切波速和1倍膨胀波速之间。当冲击脉冲作用时间持续减小时，研究观测到了一个以接近理论值2^(1/2)倍剪切波波速传播的音速裂纹，但是这一速度并未持续。本文的模拟结果与Rosakis等人1999年的实验结果以及之前文献中的模拟结果在定性上是一致的。

图：用于裂纹扩展模拟的粘接板的几何示意图。

图：冲击速度加载的时间历程。

图：V_i=10.0m/s时的粒子速度云图：（a）t=14μs, v_c=878m/s，（b）t=20μs, v_c=1041m/s，（c）t=30μs, v_c=975m/s。

文二：

https://doi.org/10.1016/j.cma.2021.113716

通过插值方法对具有横向剪切效应的近场动力学梁和壳体建模

近场动力学是一种能够轻松处理诸如裂纹等非连续性问题的非局部理论，但是同有限元法相比，它的计算成本较高。梁和壳体作为结构理想化的主要单元，可以显著地提高复杂结构的计算效率。本研究基于微梁键和Timoshenko梁理论提出了新的具有横向剪切变形的近场动力学梁和壳体模型。作者们将插值方法应用于描述轴向、扭转、弯曲和横向剪切变形以及与它们相对应的微梁键的应变能密度。近场动力学梁和壳体模型的微模量可以被自发地求解。通过微梁键的横向力/弯矩与挠度/转角之间的高阶关系，薄/厚梁和壳体的近场动力学模型挠度可以被准确获得。此外，在本文提出的近场动力学模型中，材料参数不受限制。模拟结果证明本文提出的近场动力学梁和壳体模型具有高度准确性。

图：含撕裂带的轴向开口圆筒受到内压作用。

图：含撕裂带的轴向缺口圆筒在不同力平衡阶段的裂纹，相对应的内部压力分别为：（a）0.84MPa，（b）0.50MPa，（c）0.34MPa，（d）0.37MPa，（e）0.33MPa，（f）0.23MPa。

文三：

https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2021.102941

一种键型对应模型及其在准脆性材料动态塑性断裂分析中的应用

本文提出了一种被称为键型对应模型的广义键型近场动力学模型，并将其应用于断裂问题的模拟。该模型结合了键型近场动力学和对应模型（非常规态型近场动力学模型）的优点。根据近场动力学对点力与应力之间的关系，本文使用经典的本构方程计算近场动力学对点力。当近场动力学对点力与应力之间的关系以特定的函数形式表述时，键型对应近场动力学模型能够退化成现有的键型近场动力学模型，比如能够描述键旋转的扩展近场动力学模型和微极近场动力学模型。除此之外，这一模型易于拓展到塑性范畴，本研究中给出了一种小变形下的von Mises弹塑性模型。作者们分析了塑性参数对于准脆性材料动态断裂过程的影响。本文给出的算例证明了该模型能够解决固定泊松比问题和模拟动态裂纹扩展问题。数值模拟结果表明塑性参数对裂纹扩展问题中裂纹起裂和裂纹扩展速度方面有显著影响。

图：Kalthoff-Winkler板的几何和边界条件。

图：Kalthoff-Winkler板的裂纹扩展。

文四：

https://doi.org/10.1007/s40571-021-00390-5

带缺陷颗粒破坏的近场动力学模拟

本文采用一个2D键型近场动力学模型来研究带预裂纹的盘状颗粒的强度。作者们使用径向（巴西）试验来使颗粒破碎。研究发现，无缺陷的颗粒应力分布与考虑接触区域尺寸的解析模型具有很好的一致性，并且粒子刚度随着网格细化线性地趋近于一个有明确定义的值。随后本文引入裂纹，引入的方式是通过减小穿过（裂纹）线段的键的杨氏模量在数值上定义了裂纹。作者们研究将单个垂直裂纹对屈服应力的影响描述为其位置的函数。本文还考虑了随机分布的裂纹，其中裂纹尺寸服从高斯分布。通过研究一个包含一百个颗粒的模型的参数，作者们发现一种与韦伯定律十分吻合的失效概率分布。最后，作者们使用图像分析算法开展了裂纹及最终碎片的统计学研究。

图：颗粒受两刚性板径向压缩的试验及接触面积示意图。

图：破碎后的损伤场（从蓝色到白色的损伤值为0-100%），红色为初始缺陷的位置。

图：基于上图的损伤水平，（a）仅显示两阈值的二值化图像，（b）碎片与（c）裂纹的填充显示（采用不同的颜色显示不同独立区域）。

文五：

https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2021.107614

一种用于纳米复合材料断裂行为建模的改进近场动力学方法

本文基于一个改进近场动力学方法对纳米颗粒增强的环氧树脂，更具体地说是超支化聚酯（HBP）的断裂性能进行了数值研究。鉴于HBP的特性，本文通过在数值模型中对某些物质节点施加约束精确模拟了HBP在纯环氧树脂中的影响作用，并使用Monte Carlo方法来模拟HBP的随机分布。随后作者们通过单边切口弯曲（SENB）试样的断裂试验验证了该数值模型。此外，作者们还分析了HBP质量分数对断裂性能的影响。随着HBP质量分数的增加，本文得到了一种快-慢-快的三阶段I型断裂韧性提升模式。总体而言，本文提出的改进近场动力学模型提供了一种对HBP增强纳米复合材料断裂行为进行宏观分析的数值模拟框架。

图：有限元模型实现单边缺口弯曲（SENB）断裂试验模拟的试样及边界条件示意图。

图：数值模拟的（a）裂纹扩展和（b）断裂路径，以及（c）实验和模拟的力-位移曲线的对比。

文六：

http://lxxb.cstam.org.cn/CN/10.6052/0459-1879-21-001

基于近场动力学数值方法的冰-吊舱推进器接触判断研究

吊舱推进器在极地船舶中的应用，可避免冰区航行中转向、调头困难等操纵问题，是极地船舶广泛采用的推进形式。在冰-吊舱推进器切削过程中，吊舱推进器受到了极端冰载荷的作用，对吊舱推进器结构强度和极地船舶的安全性带来严重的危害。为了研究不同操纵状态的吊舱推进器与冰切削时冰载荷的变化规律，首先，本文详细介绍了近场动力学方法研究物体断裂问题的理论基础，分析了该方法模拟冰材料的可行性。作者们基于近场动力学方法和面元法耦合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。其次，作者们提出了不同操纵状态的吊舱推进器与冰的接触判断方法，建立了冰-吊舱推进器切削状态的数值计算模型，实现了冰-吊舱推进器切削动态变化过程的数值仿真。最后，本文分析了吊舱推进器在直航、斜航以及操舵状态与冰切削时冰块破碎、螺旋桨和桨叶冰载荷以及吊舱单元整体扭矩的变化情况。计算结果表明：本文提出的不同操纵状态的吊舱推进器与冰切削时的接触判断方法能够真实地模拟冰-吊舱推进器的切削过程，并能获得该过程中冰块的破坏现象和冰载荷变化特性，可为冰区海洋结构冰载荷数值预报技术的发展、冰区吊舱推进器结构的优化设计和运营提供指导。

图：冰-吊舱推进器切削工况模型简化（直航状态）。

图：冰-吊舱推进器的切削过程（直航状态）。

文七：

https://doi.org/10.1007/s42102-020-00045-8

一种推广的虚拟节点方法用于修正近场动力学数值模拟中的界面效应

近场动力学作为一种工程数值模拟方法已经发展了20多年，它为离散传统连续体模型中的偏微分方程提供了一种替代方法。近场动力学本构模型假定材料整体由物质点构成；靠近表面的点表现出一种错误的“表面效应”，比物体内部的点显得更“软”。Le和Bobaru（Comput Mech 61:499-518,2018）提出了一种虚拟节点方法，用于消除具有与坐标轴平行的简单边界的计算区域的表面效应。本文提出了一种推广的方法，可以应用于任意几何边界情况。此外，基于该方法，本文能够提供一种比典型的近场动力边界处理更严格的边界条件执行策略。作者们将该修正方法用于一组典型弹性问题上进行了测试，结果表明，该方法的表面效应修正效果与Le和Bobaru方法的效果相当，同时消除了Le和Bobaru方法的几何约束局限性。

图：（a）单轴拉伸试验的几何图形在节点网格中用红色显示，网格和几何参考系分别为[i,j]和[x,y]，θ为两参考系之间的角度，施加的牵引力沿x方向；（b）J积分试验的裂纹板几何形状在节点网格中用红色显示，虚线表示J积分计算的轮廓Γ_J，显示了y方向的Ⅰ型加载，节点和几何的参考系与（a）中相同。

图：模拟结果准确性关于网格方向的的函数曲线，上图：单轴拉伸试验的水平和垂直位移u_x、u_y与解析结果的比较，下图：本文方法所得的J积分结果与高解析度的有限元结果的比较。

图：确定网格方向的单轴拉伸试验相对于解析结果的误差分布。

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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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