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扩展键基近场动力学的几何非线性扩展 被引量：2
1
作者 朱其志 李惟简 +1 位作者 尤涛 曹亚军 《同济大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期455-462,共8页
扩展键基近场动力学模型解决了经典模型中固定泊松比的限制问题,但是仅限应用于小变形情况下的模拟。提出了一种计算键变形的实现方法,利用有限变形理论中的描述使模型能够处理几何非线性问题。通过最小二乘拟合得到物质点的局部位移场... 扩展键基近场动力学模型解决了经典模型中固定泊松比的限制问题,但是仅限应用于小变形情况下的模拟。提出了一种计算键变形的实现方法,利用有限变形理论中的描述使模型能够处理几何非线性问题。通过最小二乘拟合得到物质点的局部位移场,再对位移函数求导得到局部域的变形梯度张量。固体的旋转与拉伸通过对变形梯度张量的极分解分离,从而将扩展键的变形部分从总体位移中提取。随后,通过对变形系统的各个键力进行积分,从而获得系统大变形的正确预测结果。最后,开展了几个基准测试,与非线性有限元结果进行对比并验证了所提出模型的有效性和精确性。 展开更多
关键词 扩展键基近场动力学模型 大变形 几何非线性 极分解
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基于近场动力学的钛合金TC4材料疲劳裂纹扩展建模
2
作者 刘宗晖 陈荣 +2 位作者 米栋 曹凡 韩俊昭 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1465-1473,共9页
为了更准确地预测钛合金TC4材料在循环载荷下的疲劳裂纹扩展行为,提出了一种基于近场动力学理论的新型预测模型,首先在近场有限半径内构建了物质点损伤模型,用以模拟裂纹的产生及其扩展过程;通过建立“键”的塑性变形损伤模型,深入分析... 为了更准确地预测钛合金TC4材料在循环载荷下的疲劳裂纹扩展行为,提出了一种基于近场动力学理论的新型预测模型,首先在近场有限半径内构建了物质点损伤模型,用以模拟裂纹的产生及其扩展过程;通过建立“键”的塑性变形损伤模型,深入分析了疲劳裂纹的萌生和扩展机制,为提升模型的预测效率和稳定性,引入了物质点临界损伤因子这一关键参数;并采用了改进的自适应动态松弛方法,该方法在每个加载循环中都能获得静力解,并通过对不同载荷条件下的裂纹扩展结果进行收敛性分析,进一步验证了模型的可靠性。实验结果表明,所提出的基于近场动力学理论的疲劳裂纹扩展预测模型,可以准确地预测裂纹的萌生位置和扩展速率;模型预测的疲劳寿命与实验数据呈现出良好的一致性,该模型在钛合金材料疲劳裂纹扩展预测方面具有有效性和实用性。 展开更多
关键词 近场动力学模型 钛合金TC4 疲劳裂纹 裂纹扩展 疲劳寿命
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基于近场动力学的二维疲劳裂纹扩展模型 被引量：5
3
作者 朱海 许飞云 杨会超 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期705-711,共7页
为模拟二维疲劳裂纹的扩展,建立了一种基于普通态基近场动力学的疲劳裂纹扩展模型.首先,在普通态基近场动力学模型的基础上,利用动态松弛算法得到最大循环载荷下键的应变值,并通过计算物质点的平均键应变值确定裂纹尖端位置及损伤区域;... 为模拟二维疲劳裂纹的扩展,建立了一种基于普通态基近场动力学的疲劳裂纹扩展模型.首先,在普通态基近场动力学模型的基础上,利用动态松弛算法得到最大循环载荷下键的应变值,并通过计算物质点的平均键应变值确定裂纹尖端位置及损伤区域;然后,在模拟过程中设置循环断键数,当损伤区域内的断键数达到循环断键数时,更新键的应变值并进行下一轮运算;最后,分别通过模拟紧凑拉伸试样和中心斜裂纹板的疲劳裂纹扩展来验证模型的有效性.结果表明,设置合适的循环断键数后,模型计算效率得到提高,且能获得精细的裂纹扩展路径和准确的裂纹扩展速率,所得裂纹扩展路径及a-N曲线均与试验结果一致. 展开更多
关键词 二维疲劳裂纹 普通态基近场动力学 裂纹扩展 疲劳模型
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平行双裂纹扩展的单键双参数近场动力学研究 被引量：5
4
作者 黄小华 李双 +2 位作者 金艳丽 何小桥 王家明 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期832-839,936,共9页
针对键基近场动力学方法存在固定泊松比的限制,本文提出了单键双参数键基近场动力学模型。根据Cauchy-Born准则,在小变形条件下采用均匀应变工况,一次推导出该键基近场动力学的所有模型参数,通过薄板的连续变形和破坏实例验证了它的准确... 针对键基近场动力学方法存在固定泊松比的限制,本文提出了单键双参数键基近场动力学模型。根据Cauchy-Born准则,在小变形条件下采用均匀应变工况,一次推导出该键基近场动力学的所有模型参数,通过薄板的连续变形和破坏实例验证了它的准确性,进而研究了薄板预制平行双裂纹的受拉破坏现象。结果表明:传统键基近场动力学模型仅适合模拟特定泊松比材料的力学行为,否则材料的位移误差较大,材料的破坏模式也可能失真;在一定条件下,平行双裂纹的纵向间距对薄板整个破坏过程产生一定的影响,随着双裂纹纵向间距的增大,裂纹起裂时刻提前,水平延伸长度逐渐减小,裂纹偏移角度、贯通间距和贯通时刻却随之增大;随机细小裂纹的分布在一定程度上会抑制某一主裂纹在单侧或两侧的扩展,导致薄板的破坏形态发生了显著改变。该模型具有传统单键单参数键基近场动力学模型的简便性,同时拓展了它的泊松比适用范围。 展开更多
关键词 键基近场动力学 双参数 泊松比 能量准则 脆性材料 平行双裂纹 受拉破坏 裂纹扩展
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脆性多裂纹扩展问题的近场动力学建模分析 被引量：8
5
作者 秦洪远 刘一鸣 黄丹 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期497-503,共7页
针对脆性多裂纹扩展问题,基于近场动力学(PD)理论开展本构建模与数值方法研究.在常规微弹脆性本构模型基础上引入物质点对的转动,同时在本构力模型中增加能够反映物质点间长程力尺寸效应的核函数,提高计算精度、效率和结果的稳定性.构... 针对脆性多裂纹扩展问题,基于近场动力学(PD)理论开展本构建模与数值方法研究.在常规微弹脆性本构模型基础上引入物质点对的转动,同时在本构力模型中增加能够反映物质点间长程力尺寸效应的核函数,提高计算精度、效率和结果的稳定性.构建能够以统一的模型和算法自然模拟脆性多裂纹扩展全过程的PD数值体系.通过定量分析确定最佳近场尺寸及核函数,通过双裂纹巴西圆盘和多裂纹脆性板的破坏过程模拟验证所提模型和算法,结果表明:改进型PD模型和数值方法可以定性、定量分析脆性多裂纹扩展问题.模拟单轴拉伸荷载作用下双裂纹脆性板的裂纹扩展过程,得到了初始裂纹分布情况对结构破坏形式和承载能力的影响规律. 展开更多
关键词 多裂纹扩展 脆性破坏 近场动力学(PD) 非局部模型 核函数
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混凝土复合型裂纹扩展的非局部近场动力学建模分析 被引量：10
6
作者 秦洪远 黄丹 章青 《计算力学学报》 CSCD 北大核心 2017年第3期274-279,共6页
基于非局部近场动力学理论,构建了修正的能反映混凝土宏观拉压异性和断裂特征的近场动力学本构模型,开发了相应的离散、加载和时间积分算法,实现典型混凝土构件中复合型裂纹扩展过程模拟。在物质点对尺度上定义局部损伤并考虑物质点对... 基于非局部近场动力学理论,构建了修正的能反映混凝土宏观拉压异性和断裂特征的近场动力学本构模型,开发了相应的离散、加载和时间积分算法,实现典型混凝土构件中复合型裂纹扩展过程模拟。在物质点对尺度上定义局部损伤并考虑物质点对的相对转动,通过求解时空微-积分方程实现裂纹的自然萌生与扩展,避免裂尖不连续带来的求解奇异性、网格依赖性和网格重构以及常规近场动力学本构模型的泊松比限制。通过含单边和双边初始裂纹四点剪切混凝土梁裂纹扩展破坏全过程模拟,得到破坏形态、破坏荷载以及完整的荷载-裂纹开口滑移曲线,并与试验和其他数值模拟结果对比,验证了模型的精确性和算法的稳定性。 展开更多
关键词 混凝土 裂纹扩展 近场动力学 非局部 微极模型
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动载作用下复合型裂纹扩展的近场动力学模拟 被引量：2
7
作者 钱剑 姜冬菊 +1 位作者 龚庆 黄丹 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期597-602,共6页
构建改进的非局部近场动力学模型和粒子系统动力加载算法,开展复合型裂纹动力扩展过程模拟。在常规近场动力学微极模型中引入能反映非局部长程力尺寸效应的核函数修正项,以提高计算精度和收敛稳定性。通过模拟动载作用下含复合型裂纹混... 构建改进的非局部近场动力学模型和粒子系统动力加载算法,开展复合型裂纹动力扩展过程模拟。在常规近场动力学微极模型中引入能反映非局部长程力尺寸效应的核函数修正项,以提高计算精度和收敛稳定性。通过模拟动载作用下含复合型裂纹混凝土三点弯梁的裂纹扩展与破坏过程并与试验结果对比,验证了本文模型和算法的可靠性。在此基础上,通过分组模拟分析了动载作用下,初始裂纹的位置、长度和方向对含复合型裂纹三点弯梁破坏模式、起裂时间与承载能力的影响规律。 展开更多
关键词 复合型裂纹 裂纹扩展 近场动力学 非局部模型 动力破坏
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非常规态型近场动力学热黏塑性模型及其应用 被引量：15
8
作者 王涵 黄丹 +1 位作者 徐业鹏 刘一鸣 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第4期810-819,共10页
在非常规态型近场动力学(non-ordinary state-based peridynamics,NOSB-PD)理论框架下构建了考虑应变率效应、塑性硬化、热软化效应和材料断裂特征的非局部三维热黏塑性固体本构模型以及相应的非局部空间积分型数值算法,并应用于金属类... 在非常规态型近场动力学(non-ordinary state-based peridynamics,NOSB-PD)理论框架下构建了考虑应变率效应、塑性硬化、热软化效应和材料断裂特征的非局部三维热黏塑性固体本构模型以及相应的非局部空间积分型数值算法,并应用于金属类材料和构件在冲击载荷作用等工况下的高应变率热黏塑性变形与破坏分析.通过对经典含初始裂纹Kalthoff-Winkler板冲击试验进行三维近场动力学模拟,可得到裂纹的起裂角度、扩展路径、扩展速度以及裂纹扩展过程中靶板等效应力和温度分布,所得结果与已有试验结果和其他数值方法结果吻合较好.在此基础上,应用该模型分析了不同冲击速度作用下金属靶板的变形与裂纹扩展过程,结果表明:该模型能较好地模拟不同冲击速度(应变率)情况下靶板的变形与破坏全过程.随着冲击速度变化,初始裂纹的起裂时间、扩展方向和扩展速度呈一定规律变化.冲击速度越低,起裂时间越晚(直至冲击速度低于某值时初始裂纹不扩展),裂纹扩展速度峰值越低,冲击过程中靶板温度峰值越低,完全扩展所需时间越长. 展开更多
关键词 冲击破坏 热黏塑性 非常规态型近场动力学 裂纹扩展 非局部模型 Kalthoff-Winkler试验
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基于改进型近场动力学方法的混凝土梁破坏分析 被引量：9
9
作者 严瑞 秦洪远 +1 位作者 刘一鸣 黄丹 《应用力学学报》 CSCD 北大核心 2017年第6期1034-1039,共6页
基于非局部近场动力学(PD)理论,在常规微弹脆性(PMB)本构模型基础上,引入能够反映物质点间作用强度随物质点间距变化规律的核函数修正项,以提高PD方法的定量计算精度;并通过附加物质点转动自由度建立以双参数描述的PD微极模型,突破了常... 基于非局部近场动力学(PD)理论,在常规微弹脆性(PMB)本构模型基础上,引入能够反映物质点间作用强度随物质点间距变化规律的核函数修正项,以提高PD方法的定量计算精度;并通过附加物质点转动自由度建立以双参数描述的PD微极模型,突破了常规单参数PMB本构模型的泊松比限制等缺陷。通过引入动态松弛算法和粒子系统失衡力准则等系列数值算法,构建了能够自然模拟准脆性裂纹扩展全过程的PD算法体系。经典悬臂梁挠度曲线计算结果表明,本文模型和算法的定量计算误差小于3.5%,对含切口三点弯梁的裂纹扩展过程模拟结果与试验结果吻合。通过改变加载位置和初始裂纹位置,对三点弯梁的破坏模式和承载能力进行了分析。结果表明,裂纹始终由初始裂纹位置向加载位置扩展,且初始裂纹位置和加载位置越靠近三点弯梁中部时,结构的承载能力越低。 展开更多
关键词 混凝土梁 裂纹扩展 近场动力学 非局部模型
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基于PD的皮质骨孔隙率对裂纹扩展的影响研究
10
作者 李侨 毛瑞 +1 位作者 王丽珍 樊瑜波 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期230-230,共1页
目的骨的微观结构是决定骨强度与骨折风险的重要影响因素。孔隙率是表征皮质骨微观结构的重要参量。皮层内部的骨重建作用主要发生在哈弗式系统表面,其直径可由年轻时50μm增长至年老时80μm,从而导致皮质骨孔隙率的增大。皮质骨在承受... 目的骨的微观结构是决定骨强度与骨折风险的重要影响因素。孔隙率是表征皮质骨微观结构的重要参量。皮层内部的骨重建作用主要发生在哈弗式系统表面,其直径可由年轻时50μm增长至年老时80μm,从而导致皮质骨孔隙率的增大。皮质骨在承受日常载荷时,会产生一些微小裂纹。微裂纹的扩展会受到骨微观结构的影响,然而孔隙率的增大对裂纹扩展的影响仍未有明确的解答。方法近场动力学(PD)基于非局部作用思想,通过积分模型描述物质点的力学行为,避免了传统连续介质力学方法中的非连续奇异性问题,成为处理骨材料破坏问题最有效的途径之一。因此,本文采用二维键基常规态近场动力学模型,模拟了两种有预制微裂纹皮质骨平板模型(每个模型假设有3个哈弗式管,管直径分别为50μm与80μm)的破坏过程,在渐进加载过程中观察裂纹扩展路径,以及观察增大的孔洞直径对扩展模式的影响。结果两种模型均是板中心水平方向以及右侧两个哈弗式管水平轴线两端首先出现损伤,形成多条水平裂纹。随着载荷的增加,水平裂纹分叉,并沿着各自方向扩展。直至裂纹贯通,材料完全破坏。孔洞直径增大后,更早产生裂纹分叉,破坏时刻也显著提前。结论基于近场动力学的皮质骨裂纹分析,不需要预设裂纹轨迹,可以模拟裂纹自由扩展的过程。孔洞直径增大后,裂纹分叉、贯通与破坏时刻提前,破坏形态发生显著改变。 展开更多
关键词 皮质骨 裂纹分叉 微小裂纹 近场动力学 积分模型 骨重建 裂纹扩展 水平轴线
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