https://doi.org/10.3390/jcs5040112

缺陷的影响：微孔和铆孔方向对复合材料的损伤扩展和极限强度的多尺度影响

复合材料开孔附近处的材料性能并非完全没有缺陷。作者们采用近场动力学方法预测了多个如铆孔一样的开孔的相互作用、它们的分布对裂纹扩展和结构极限强度的影响，并将预测结果展示在本文中。开孔附近的微尺度缺陷对宏观损伤扩展的影响具有可量化的表现。本研究主要考虑了0度、45度和90度纤维方向的单向复材板中的2到4个孔，并且认为在孔的附近材料性能是劣化的。本文使用定量超声图像相关（QUIC）技术和拉伸试验来验证数值结果。试验和数值结果均证实，两孔平行于加载方向分布的双开孔板的强度高于两孔垂直于加载方向分布的双开孔板的强度。此外，本文还发现四个开孔成方形分布比四个孔成菱形分布更坚固。与实验结果相比，当考虑了微观缺陷的影响后，极限强度的预测更好。该预测模型能够可靠地应用于渐进式损伤分析。

图：不同取向的开孔单向复合材料板，（a）0°纤维方向，（b）90°纤维方向，（c）45°纤维方向。

单向板中裂纹扩展的验证，（a）两开孔横向排布，（b）两开孔纵向排布，（c）四个开孔正方形排布，（d）四个开孔菱形排布。

文二：

https://doi.org/10.1007/s00466-021-02014-4

固体入水问题的更新拉格朗日粒子流体动力学（ULPH）模型

固体入水问题在各种自然、工业和军事应用中是常见问题，其涉及自由表面的大变形和强烈的流固耦合。在计算流体动力学（CFD）中，这是一项测试任何CFD数值算法的鲁棒性和性能的问题。在这项工作中，新提出的更新拉格朗日粒子流体动力学（ULPH）方法被加强并应用于模拟固体入水问题，该方法也可以被看作是近场动力学的流体版本。ULPH方法是拉格朗日无网格粒子方法，可以自动满足特定的自由表面条件。在ULPH方案中，本文采用密度过滤和人工粘性来稳定和光顺压力场。在刚体进入水中的过程中，可能会在冲击区的某些地方产生负压，在粒子法（SPH和ULPH）中负压将会产生数值的张力不稳定性。本文开发了一种基于ULPH框架的张力不稳定性控制技术来克服数值失稳。为了验证ULPH方法在模拟入水问题中的稳定性和准确性，本文计算了几个2D和3D入水算例。数值结果模拟了颈缩和空腔夹断现象。作者们将ULPH方法的模拟结果与实验数据以及其他数值结果进行了充分的比较。该模拟可以很好地捕捉到入水刚体周围形成的水冠、空腔形状和水流模式。计算结果表明，ULPH方法具有准确模拟复杂固体入水过程的能力。

图：二维圆柱面入水模型。

图：中性浮力圆柱面入水的压力场和典型时间演化的快照，左列为ULPH结果，中间一列为左侧虚线矩形的放大显示，右列为实验结果，BEM结果（绿色实线）和ULPH结果（红色虚线）。

图：三维球体入水模型示意图。

图：球体落入水中的压力场演化。

图：球体入水的快照。

文三：

https://doi.org/10.1007/s00466-021-02017-1

动态断裂的近场动力学分析：近场邻域、维数和试样尺寸的影响

在近场动力学模型用于断裂研究中，耗散断裂能在一个称为近场邻域的非局部区域上被正则化。本文研究了该参数对脆性固体动态断裂过程的影响，同时模拟了两种加载情况下二维和三维开口板的动态裂纹扩展。本文将各种初始储能情况下的预测裂纹速度（也称为速度增韧行为）以及在三维计算模拟中不同裂纹扩展准则下模拟的裂纹表面拓扑特征与实验观测到的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）样品的裂纹速度和表面裂纹进行了对比。此外，作者们采用二维近场动力学模拟研究了试样尺寸对动态断裂过程的影响，并将根据不同试样尺寸获得的断裂强度和速度增韧关系分别与线性弹性断裂力学（LEFM）尺寸效应关系以及实验结果进行了比较。

图：用于模拟的PMMA试样，（a）模拟设置，（b）初始加载。

图：PMMA试样中裂纹扩展的三维模拟，影响域半径δ=70μm下的断裂模式，不同水平的荷载（ΔU）通过初始储能来表征（G=170J/m^2~ G=3863J/m^2）。

图：PMMA试样中裂纹扩展的三维模拟，显示了影响域半径δ=70μm下在10μs时断裂模式的三维视图，不同水平的荷载（ΔU）通过初始储能来表征（G=0.17J/m^2~ G=3.13KJ/m^2）。

文四：

https://doi.org/10.14311/APP.2021.30.0047

一维近场动力学模型损伤的局部化分析

近场动力学是对连续介质力学新的发展性延伸，用有限范围内物质点间的力的相互作用代替传统的应力概念。因此近场动力学连续体在本质上是非局部的。在本文中，作者们考虑了包含弹脆性相互作用的键型近场动力学模型，并将每根键的临界应变定义为键长度的函数。本文中采用了不同的长度函数来实现不同的宏观响应。作者们详细研究了一维周期性单胞的三种不同的局部化机制。此外，本文也对采用的近场动力学模型的有限元离散化进行了收敛性研究，并描述了一种有效的事件驱动数值算法。

图：影响域半径h=0.3l长度为l的周期性单胞的一维有限元模型示例的几何尺寸，主节点（填充圆），从节点（空心圆），指定位移的虚节点（灰色圆）以及不同长度ξ的相互作用图示（灰色实线），虚线箭头表示从节点与主节点的连接。

图：临界应变随杆长线性增加的结果，最终损伤分布图（左上），断裂杆的位置和长度（左下），以及减去弹性部分位移的归一化力-位移图（右）。

文五：

https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2021.102999

结合分子动力学模拟的多晶BCC-Fe断裂分析的近场动力学模型

这项工作基于从分子动力学（MD）模拟中引出的牵引-分离（T-S）本构关系，提出了用近场动力学（PD）模型来研究多晶BBC-Fe（体心立方铁）在I型加载条件下的裂纹扩展行为。作者们通过对原子构型和应力分布的分析，进行分子动力学模拟以深入了解开裂过程和断裂机制。在稳定断裂阶段跟踪裂纹尖端与开口距离对应的原子应力，以此来获得稳定的T-S关系。在通过分子动力学模拟得到单晶体铁的断裂参数的基础上，本文通过能量等效法得到近场动力学参数。之后，作者们提出了结合内聚区模型（CZM）的近场动力学方法来研究多晶体铁的I型断裂。基于单晶体铁的准静态分离试验，作者们在所提出的近场动力学模型和经典内聚区模型之间发现了良好的一致性。随后，作者们对多晶体铁中的动态裂纹扩展进行近场动力学模拟。此外，作者们还研究了晶粒尺寸、晶界强度和近场半径对断裂特征的影响。并得出结论，源自经典内聚区理论的T-S关系可以被看作是分子动力学和近场动力学之间的有效桥梁。该工作从原子变形机制到微裂纹的描述为研究多晶断裂行为提供了新思路。

图：（a）324个晶粒的双开口多晶铁模型示意图，（b）加载条件。

图：晶界系数GBC=0.5时四组双开口多晶模型损伤模式的m收敛，从左到右依次为m=2，m=3，m=4。

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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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