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基于Peridynamics理论的材料可靠性分析数值方法的优化 被引量:1
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作者 马腾飞 钱松荣 +1 位作者 石宏顺 原群盛 《重庆理工大学学报(自然科学)》 CAS 2016年第1期32-36,共5页
Peridynamics理论(近场动力学,PD理论)是研究材料破坏变形领域的一门新理论。该理论通过建立相应的数学模型,用积分的方式描述材料的断裂变形。对PD理论及其传统数值方法作了简要的介绍,基于前人针对PD理论提出的积分方法,引入了另一种... Peridynamics理论(近场动力学,PD理论)是研究材料破坏变形领域的一门新理论。该理论通过建立相应的数学模型,用积分的方式描述材料的断裂变形。对PD理论及其传统数值方法作了简要的介绍,基于前人针对PD理论提出的积分方法,引入了另一种全新的固定高斯点积分方法。通过对该方法的应用,PD理论数值计算中的效率和精度都有一定改善。 展开更多
关键词 近场动力学 高斯点积分 优化 精度
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参数空间变异性对岩石水力压裂裂隙扩展形态的影响 被引量:1
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作者 申林方 华涛 +2 位作者 王志良 李松波 陈骞 《岩土力学》 北大核心 2025年第4期1294-1302,共9页
为了研究非均质岩石水力裂隙的扩展特征,采用中心点法随机场理论对岩石的物理力学参数进行随机化处理,同时实时追踪新生裂隙表面并施加压力模拟压裂液与裂隙壁面间的相互作用,基于键型近场动力学方法建立了模拟岩石水力压裂过程的数值... 为了研究非均质岩石水力裂隙的扩展特征,采用中心点法随机场理论对岩石的物理力学参数进行随机化处理,同时实时追踪新生裂隙表面并施加压力模拟压裂液与裂隙壁面间的相互作用,基于键型近场动力学方法建立了模拟岩石水力压裂过程的数值计算模型。根据含预制裂隙岩石压缩破坏过程的试验结果,验证了计算模型的有效性,并探究了岩石弹性模量空间变异方向、波动范围及射孔间距等因素对岩石水力裂隙演化特征的影响。结果表明:当岩石弹性模量呈层状分布时,其水力裂隙倾向于沿着结构薄弱面扩展;而当参数分布无方向性时,水力裂隙的扩展表现出强随机性,裂隙网络趋于复杂化。当参数波动范围较小时,岩石弹性模量离散程度较高,在水力压裂作用下局部会产生应力集中,易于形成复杂的裂隙结构;而较大的参数波动范围会使岩石趋于均质化,水力裂隙分支呈单一化扩展,使得裂隙扩展率相对较低。双射孔作用下均质岩石裂隙扩展呈对称分布,射孔压力使得射孔之间区域的裂隙扩展受到抑制作用,导致主裂隙倾向于向两侧边界扩展;而双射孔作用下非均质岩石水力裂隙扩展出现竞争关系,在应力集中效应和材料非均质性的共同作用下使得一条水力裂隙优先扩展后抑制另外一条裂隙的发展。 展开更多
关键词 水力压裂 岩石 随机场 键型近场动力学 裂隙追踪
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应用卷积近场动力学快速模拟随机裂纹扩展 被引量:1
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作者 周建 廖星川 +2 位作者 刘福深 尚肖楠 沈君逸 《岩土力学》 北大核心 2025年第2期625-639,共15页
传统近场动力学方法采用积分方程替代连续介质力学中的偏微分方程,获得了对未知函数无光滑限制且更具一般性的方程,使得该方法特别适合模拟裂纹自发萌生和扩展等非连续问题,但高昂的计算成本往往限制了其在实际工程中的应用。采用一种... 传统近场动力学方法采用积分方程替代连续介质力学中的偏微分方程,获得了对未知函数无光滑限制且更具一般性的方程,使得该方法特别适合模拟裂纹自发萌生和扩展等非连续问题,但高昂的计算成本往往限制了其在实际工程中的应用。采用一种基于快速卷积的近场动力学方法,以提高近场动力学方法的计算效率。该算法采用快速傅里叶变换来完成卷积计算,实现近场动力学方程中积分项的计算,可显著降低近场动力学的计算成本。基于快速卷积近场动力学的计算流程及其数值实现特性,提出了一套适用于该算法的前处理方法,并通过两个含预制裂纹的受拉方板算例验证了该前处理方法的可行性。在此基础上,进一步提出了随机裂纹扩展预测的建模方法,为岩土体随机裂纹扩展的预测研究提供了一个新的可行的思路。 展开更多
关键词 近场动力学 快速卷积 建模方法 随机裂纹扩展预测
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基于近场动力学理论与声发射技术的钢材裂纹扩展中能量释放特征研究
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作者 霍林生 黄颖 +2 位作者 任亮 王靖凯 李宏男 《计算力学学报》 北大核心 2025年第4期664-669,共6页
为揭示钢材裂缝扩展过程中的能量释放特征,本文基于经典的钢材本构函数与近场动力学理论构建了钢材损伤的能量释放模型.基于提出的模型对钢板在单轴拉伸过程的能量释放进行了数值模拟,并开展了声发射试验进行验证.通过对比数值模拟和试... 为揭示钢材裂缝扩展过程中的能量释放特征,本文基于经典的钢材本构函数与近场动力学理论构建了钢材损伤的能量释放模型.基于提出的模型对钢板在单轴拉伸过程的能量释放进行了数值模拟,并开展了声发射试验进行验证.通过对比数值模拟和试验中的损伤情况及能量释放特征,发现两者在裂纹发展过程和损伤因子曲线趋势上存在良好的一致性,并且最大误差不超过10%,验证了提出计算公式的准确性.本文研究表明,将近场动力学理论与声发射技术结合,以能量释放为指标可以实现钢板损伤的有效监测. 展开更多
关键词 近场动力学 声发射 损伤监测 钢材 能量释放
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应力状态和槽深对预切槽辅助滚刀破岩影响的近场动力学研究 被引量:1
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作者 周建 沈君逸 +2 位作者 廖星川 刘福深 尚肖楠 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期189-200,共12页
首先,利用线弹性近场动力学本构模型(linear peridynamic solids,LPS)对预切槽辅助滚刀破岩问题进行了模拟,并将数值结果与试验数据进行了对比;其次,设置了σ_(x)=5 MPa、σ_(z)=20 MPa和σ_(x)=20 MPa、σ_(z)=5 MPa这2种应力状态,0、9... 首先,利用线弹性近场动力学本构模型(linear peridynamic solids,LPS)对预切槽辅助滚刀破岩问题进行了模拟,并将数值结果与试验数据进行了对比;其次,设置了σ_(x)=5 MPa、σ_(z)=20 MPa和σ_(x)=20 MPa、σ_(z)=5 MPa这2种应力状态,0、9、18和30 mm这4种预切槽深度,总计8种工况;最后,研究了应力状态和预切槽深度对岩石破坏形态和破岩效率影响。研究结果表明:滚刀峰值贯入力随槽深的变化规律和岩石破坏形态与试验结果相符,从而验证了模型的可行性;在不同的槽深下,岩石存在2种破坏形态;当槽深为3 mm时,2个滚刀之间形成岩石破碎区;当槽深大于3 mm时,2个滚刀之间形成完整的岩块;当大主应力沿z方向时,会产生中央贯通裂纹;而当大主应力沿x方向时,则不会生成中央贯通裂纹;随着槽深增大,岩石损伤集中在预切槽附近区域,破岩效率也随之增高;当槽深≥18 mm时,峰值贯入力和比能较小,且两者受应力状态影响也较小。为实现不同应力条件下破岩性能的优化平衡、延长滚刀的使用寿命并降低施工成本,建议预切槽深度不小于18 mm;当预切槽深度无法达到该要求时,可在水平方向为大主应力方向时适当增加预切槽深度。 展开更多
关键词 预切槽 三维滚刀破岩 近场动力学 应力状态 预切槽深度
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滚刀间距与宽度对预切槽辅助滚刀破岩的影响
6
作者 周建 廖星川 +3 位作者 沈君逸 刘福深 尚肖楠 王培育 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第7期2823-2835,共13页
首先,采用线弹性近场动力学本构模型(linear peridynamic solids,LPS)对预切槽辅助模式下的滚刀破岩问题进行模拟,并通过试验验证了该方法的可行性;其次,设置了4组滚刀间距(54、60、66和72 mm)以及2种预切槽深度(18和30 mm),分析了滚刀... 首先,采用线弹性近场动力学本构模型(linear peridynamic solids,LPS)对预切槽辅助模式下的滚刀破岩问题进行模拟,并通过试验验证了该方法的可行性;其次,设置了4组滚刀间距(54、60、66和72 mm)以及2种预切槽深度(18和30 mm),分析了滚刀间距对预切槽辅助滚刀破岩的影响;最后,探讨了在54和72 mm滚刀间距下,刀刃宽度(9、15和21 mm)对预切槽辅助滚刀破岩的影响。研究结果表明:当滚刀间距增大时,破岩产生的岩块尺寸逐渐增大,但当间距超过66 mm后,岩块尺寸的增幅显著减缓;在预切槽深度固定的情况下,岩石可掘性指数随着滚刀间距增加而呈线性增加;在预切槽深度为18 mm时,破岩效率随着滚刀间距增大而先升后降,最佳滚刀间距为60 mm;增大刀刃宽度使得破坏区域深入岩石内部,且在较小滚刀间距下,刀刃宽度对岩块尺寸的影响更显著;在滚刀间距不变的情况下,随着刀刃宽度增加,滚刀贯入岩石的困难度增加;较小的刀刃宽度有助于提高破岩效率。为实现较高的破岩效率和较低的滚刀磨损,建议在保证安全的前提下优先使用较小宽度的滚刀,当无法调整滚刀宽度时,可以根据具体工况选择最优滚刀间距。 展开更多
关键词 三维近场动力学 预切槽 TBM滚刀贯入破岩 滚刀间距 刀刃宽度
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航行体水下垂直发射破冰出水数值模拟研究 被引量:1
7
作者 黄润航 黄彪 +1 位作者 刘涛涛 郭智溥 《哈尔滨工程大学学报》 北大核心 2025年第1期157-165,共9页
航行体破冰出水是一个冰-水-固多物理场耦合作用的复杂过程。本文基于键型近场动力学方法、边界数据浸入法以及刚性接触算法,建立了冰-水-固多物理场耦合的数值计算方法。首先,基于高速球体入水实验平台开展了圆球破冰入水实验,并利用... 航行体破冰出水是一个冰-水-固多物理场耦合作用的复杂过程。本文基于键型近场动力学方法、边界数据浸入法以及刚性接触算法,建立了冰-水-固多物理场耦合的数值计算方法。首先,基于高速球体入水实验平台开展了圆球破冰入水实验,并利用实验结果对数值计算方法进行了验证。进一步基于数值计算方法研究了航行体水下航行阶段、破冰阶段、与冰层脱触等阶段动力特性,精确地捕捉到了破冰阶段冰层裂纹发展的典型特征:径向裂纹产生、径向裂纹延伸、交叉裂纹生成、环向裂缝生成。分析了不同冰厚对航行体垂直破冰出水过程的动力特性及冰层破坏特征的影响。结果表明:随着厚度的增加,航行体所受冰载荷越大,速度损失也越大,不易形成环向裂纹。 展开更多
关键词 破冰出水 键型近场动力学 边界数据浸入法 数值计算 裂纹发展 多物理场耦合 动力特性 航行体 水下发射
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双轴动载下船用脆性材料破坏的态基近场动力学模拟
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作者 李双 吕海宁 +3 位作者 黄小华 苏强 秦睿 毛竞航 《船舶力学》 北大核心 2025年第7期1089-1099,共11页
船用脆性材料在动载作用下的破坏分析一直是学术和工程领域关注的重点。在态基近场动力学(peridynamic,PD)基础上,引入一项四次多项式影响函数来反映非局部PD长程力衰减,并给出了基于能量的破坏准则,建立了船用脆性材料破坏的态基PD模... 船用脆性材料在动载作用下的破坏分析一直是学术和工程领域关注的重点。在态基近场动力学(peridynamic,PD)基础上,引入一项四次多项式影响函数来反映非局部PD长程力衰减,并给出了基于能量的破坏准则,建立了船用脆性材料破坏的态基PD模型。通过一系列动载作用下破坏算例的模拟以及与试验结果的对比,验证了该模型的准确性,研究了双轴荷载比、材料泊松比、中心预制裂纹长度和裂纹角度等对脆性固体破坏的影响。结果表明:在一定条件下,双轴荷载比或预制裂纹角度的改变会影响裂纹扩展方向,荷载比或材料泊松比则会影响主裂纹而产生裂纹分叉。而且,荷载比或泊松比的增大提高了试件抗动载能力,但预制裂纹长度或角度的增加,会使脆性构件抗动载能力降低。 展开更多
关键词 动力破坏 态基近场动力学 脆性材料 断裂 裂纹扩展
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应变率效应影响下混凝土材料冲击损伤过程的近场动力学分析
9
作者 黄奕程 王志良 +3 位作者 申林方 李松波 华涛 肖又源 《材料导报》 北大核心 2025年第S1期310-317,共8页
混凝土材料产生的应变率效应会改变其在冲击荷载作用下的动态损伤过程。为此,基于键型近场动力学方法,通过改进力密度函数使其能够准确表征混凝土结构受力与动态破坏机制间的联系,建立了刚性圆柱体荷载作用下混凝土板损伤破坏过程的三... 混凝土材料产生的应变率效应会改变其在冲击荷载作用下的动态损伤过程。为此,基于键型近场动力学方法,通过改进力密度函数使其能够准确表征混凝土结构受力与动态破坏机制间的联系,建立了刚性圆柱体荷载作用下混凝土板损伤破坏过程的三维数值计算模型,并结合试验结果验证了该模型的有效性。最后,探讨了冲击荷载作用下初始冲击速度、刚性圆柱体直径以及混凝土板厚度等因素对裂纹扩展机制及结构破坏形态的影响。随着初始冲击速度的提高,混凝土板的破坏程度显著增加,裂纹网络由局部向大范围辐射扩展;圆柱体直径的增大显著扩大了混凝土板的损伤范围和裂纹复杂度,增强了材料的动态强度和能量分散能力;混凝土板厚度的增加使损伤范围先扩大后缩小,较厚板材在高应变率下更有效地阻挡和分散冲击能量,同时导致损伤形态更复杂。 展开更多
关键词 应变率效应 混凝土 近场动力学 冲击荷载 裂纹扩展 数值模拟
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钢筋锈胀诱发混凝土保护层开裂的计算模型
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作者 张佳敏 陈宣东 +2 位作者 刘攀勇 顾鑫 章青 《混凝土》 北大核心 2025年第8期200-207,共8页
我国沿海地区钢筋混凝土结构长期服役于介质侵蚀的环境中,氯离子等有害介质侵蚀是降低结构耐久性的重要原因之一。氯离子侵蚀钢筋混凝土结构并致其劣化的过程十分复杂,涉及氯离子传输、钢筋锈蚀及混凝土保护层破坏等环节,与氯离子浓度... 我国沿海地区钢筋混凝土结构长期服役于介质侵蚀的环境中,氯离子等有害介质侵蚀是降低结构耐久性的重要原因之一。氯离子侵蚀钢筋混凝土结构并致其劣化的过程十分复杂,涉及氯离子传输、钢筋锈蚀及混凝土保护层破坏等环节,与氯离子浓度、温度、湿度和荷载等因素密切相关,是1个典型的热-水-电-化-力等多物理场耦合作用问题。综述了氯离子侵蚀作用下钢筋混凝土结构中钢筋锈胀诱发保护层开裂分析的研究进展,分别给出了离子传输、钢筋锈蚀及混凝土保护层开裂3个阶段的计算模型,讨论了不同因素的影响。在此基础上,介绍了该问题的近场动力学模型及本团队的研究成果,并对氯离子侵蚀下钢筋锈胀诱发混凝土保护层开裂的数值建模进行了展望。 展开更多
关键词 钢筋混凝土 氯离子传输 钢筋锈蚀 混凝土保护层 近场动力学
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基于近场动力学方法的NEPE推进剂断裂失效
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作者 刘瀚文 付小龙 +1 位作者 王江宁 孟赛钦 《兵工学报》 北大核心 2025年第7期162-169,共8页
开展了硝酸酯增塑聚醚(Nitrate Ester Plasticized Polyether,NEPE)推进剂在100 mm/min拉伸速率下的单边缺口张力实验,研究了NEPE推进剂裂纹扩展过程中的力学响应、裂纹形态和演化路径。基于键型近场动力学理论,模拟了NEPE推进剂的裂纹... 开展了硝酸酯增塑聚醚(Nitrate Ester Plasticized Polyether,NEPE)推进剂在100 mm/min拉伸速率下的单边缺口张力实验,研究了NEPE推进剂裂纹扩展过程中的力学响应、裂纹形态和演化路径。基于键型近场动力学理论,模拟了NEPE推进剂的裂纹扩展失效过程,计算了断裂韧性临界应力强度因子,并提出了与应力强度因子相关的考虑推进剂燃速的断裂准则。实验结果表明:NEPE推进剂在裂纹扩展过程中会出现钝化断裂现象;宏观裂纹扩展发生之前,推进剂内部就已出现损伤。键型近场动力学方法可以准确模拟NEPE推进剂的裂纹扩展过程、计算应力强度因子并可视化推进剂内部的损伤情况,说明近场动力学方法能够为NEPE推进剂断裂过程的数值模拟提供新的方法。 展开更多
关键词 NEPE推进剂 断裂特性 近场动力学 裂纹扩展 应力强度因子
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各向异性材料中波传播与微结构影响的近场动力学模拟
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作者 刘文洋 彭帅乔 +2 位作者 石必婷 毛贻齐 侯淑娟 《力学学报》 北大核心 2025年第4期958-968,共11页
金属的微观结构显著地影响其宏观力学性能,深入理解金属在动态条件下的力学响应具有重要意义.近场动力学是一种新兴的非局部理论,在研究冲击作用下材料的损伤与破坏方面具有天然理论优势.文章以非常规态型近场动力学为理论框架,模拟了... 金属的微观结构显著地影响其宏观力学性能,深入理解金属在动态条件下的力学响应具有重要意义.近场动力学是一种新兴的非局部理论,在研究冲击作用下材料的损伤与破坏方面具有天然理论优势.文章以非常规态型近场动力学为理论框架,模拟了波在各向异性材料中的传播过程以及波与微观结构之间的相互作用.为了在非局部模型中准确捕获冲击波,采用非迭代近似黎曼解修正非局部力态中的界面压力,保证了冲击波界面物理量的守恒性与求解稳定性,兼顾了计算效率.基于晶体塑性理论和均匀化理论,将有限变形晶体黏塑性本构引入近场动力学的非局部理论框架.与解析解的对比表明,所提出的模型能够有效消除波阵面后的非物理振荡、准确捕捉弹塑性双波结构.与实验结果对比表明,高效显式晶体黏塑性近场动力学模拟所得的宏观力学响应吻合较好.在此基础上,探讨了不同的冲击速度、材料的初始微观结构对冲击响应的各向异性和塑性变形的非均匀性的影响.晶体取向决定了Hugoniot弹性极限和材料的软硬取向,进而影响弹塑性波结构的演化,晶界导致Hugoniot状态下应力分布和累积滑移应变呈现高度非均匀性. 展开更多
关键词 近场动力学 冲击 晶体 微观结构 宏观响应
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软弱层岩体间隔破裂现象的近场动力学方法模拟
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作者 马鹏飞 张艺晨 +2 位作者 袁超 徐茂洲 郭小雄 《岩土力学》 北大核心 2025年第7期2296-2307,共12页
在经典近场动力学基础上利用变形等价关系重新推导了非局部力密度,结合非局部微分算子理论降低边界处的计算误差,基于此构建了应力-应变求解模型,解决了传统理论在应力分析方面的局限性,同时引入应变能密度(strain energy density)刚度... 在经典近场动力学基础上利用变形等价关系重新推导了非局部力密度,结合非局部微分算子理论降低边界处的计算误差,基于此构建了应力-应变求解模型,解决了传统理论在应力分析方面的局限性,同时引入应变能密度(strain energy density)刚度折减理论,建立裂纹处介质的力学参数与残余应变能之间的关联。本方法被用于模拟软弱层岩体裂隙间的应力分布情况,并通过与先前研究结果的对比验证了其有效性和适用性。此外,研究了完整层状岩体中软弱层条形间隔破裂的演化过程。结果表明,软弱层岩体裂缝间距与厚度比值对力学状态影响显著,随着比值不断增加,裂纹之间的应力值整体由压应力转变为拉应力。软弱层的等间距破裂现象包括微裂隙的扩展、间隔裂纹的形成以及裂隙逐渐饱和等过程。外荷载作用下引发软弱层与基层之间的损伤以及岩层整体破裂。本方法能够有效描述层状岩体的间隔破裂过程,显示出良好的应用前景。 展开更多
关键词 层状岩体 近场动力学 裂纹扩展 间隔破裂
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氟聚物基活性材料冲击点火反应行为数值模拟
14
作者 李政 马天宝 《兵工学报》 北大核心 2025年第10期150-165,共16页
为研究氟聚物基活性材料冲击点火和爆燃反应行为,基于实验观察分别提出累积温升点火机理及瞬态热扩散反应机理,开展活性材料Taylor杆冲击破碎、点火过程的热力耦合模拟,给出对应机理下的局部热点域温升。在此基础上,利用键基近场动力学... 为研究氟聚物基活性材料冲击点火和爆燃反应行为,基于实验观察分别提出累积温升点火机理及瞬态热扩散反应机理,开展活性材料Taylor杆冲击破碎、点火过程的热力耦合模拟,给出对应机理下的局部热点域温升。在此基础上,利用键基近场动力学热扩散理论并结合局部热点信息构建冲击碎裂材料的传热-化学反应模型,通过红外测温实验对求解结果进行验证分析。研究结果表明:点火反应前的杆件变形、碎裂模拟特征与实验记录图像基本吻合,较好地体现了活性材料的惰性响应;通过叠加绝热剪切温升和摩擦温升,杆件局部区域形成了满足点火阈值的热点域热点域与首次火光位置基本对应,绝热剪切温升和摩擦温升呈现不均匀分布,起始位置差别明显,绝热剪切温升在冲击总温升的累积中发挥了主要作用,表明累积温升点火机理模拟反映材料的冲击点火特征;爆燃反应过程模拟证明反应火光温度的不均匀分布状态受到冲击碎裂材料的质量、形态分布的直接影响;相比于热传递效应,随活性粒子反应度增加而不断释放的反应热对维持高温区域状态起到了关键性作用。 展开更多
关键词 活性材料 冲击点火 爆燃反应 热力-化学耦合 近场动力学
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基于近场动力学理论的腐蚀疲劳裂纹扩展数值模拟
15
作者 卫少东 钱松荣 +2 位作者 周诗云 郑鑫 侯怡 《机械强度》 北大核心 2025年第4期70-78,共9页
为了模拟腐蚀疲劳的裂纹扩展,提出了一种近场动力学腐蚀-疲劳断裂耦合模型,并将该模型应用于A7N01PT4铝合金的裂纹扩展模拟分析。在该模型中,用氢和应力的交互作用体现腐蚀中阳极溶解和氢致开裂两种机制之间的协同作用,在量化材料因腐... 为了模拟腐蚀疲劳的裂纹扩展,提出了一种近场动力学腐蚀-疲劳断裂耦合模型,并将该模型应用于A7N01PT4铝合金的裂纹扩展模拟分析。在该模型中,用氢和应力的交互作用体现腐蚀中阳极溶解和氢致开裂两种机制之间的协同作用,在量化材料因腐蚀产生断裂行为时,将腐蚀求解步骤和力学求解步骤进行耦合。由于氢使材料的塑性降低并发生脆性断裂,在研究中采用适合模拟各向同性脆性破坏的键型近场动力学理论,并使用准脆性材料的本构力函数来描述近场力与伸长率之间的关系,该函数包含线性和非线性力学行为。通过将仿真结果与A7N01P-T4铝合金在3.5%NaCl溶液中的试验结果进行比较,发现两者之间吻合较好,从而验证了该模型的可行性。 展开更多
关键词 近场动力学理论 本构方程 腐蚀疲劳 阳极溶解 裂纹扩展
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建筑固废再生骨料水稳混合料疲劳试验与近场动力学模拟
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作者 侯可 华文俊 +4 位作者 肖源杰 王小明 杨涛 陈宇亮 陶泓凯 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期1426-1439,共14页
建筑拆除固废再生骨料制备的水泥稳定碎石混合料(简称再生水稳混合料)可用于透水型路面基层建造,不仅可实现其资源化和高值化利用,而且可助力海绵城市和生态道路建设。然而,再生水稳混合料疲劳裂纹的产生机理与内部结构微损伤的累积过... 建筑拆除固废再生骨料制备的水泥稳定碎石混合料(简称再生水稳混合料)可用于透水型路面基层建造,不仅可实现其资源化和高值化利用,而且可助力海绵城市和生态道路建设。然而,再生水稳混合料疲劳裂纹的产生机理与内部结构微损伤的累积过程尚不明确,亟待深入研究,故有必要从再生水稳混合料疲劳开裂行为出发,研究其内部细观结构特征与宏观疲劳损伤发展之间的关联机制。本文基于近场动力学理论建立考虑再生水稳混合料细观结构特征的损伤力学模型,从细观层面揭示再生水稳混合料疲劳损伤机理,并探究再生骨料掺量与应力的影响。研究结果表明:近场动力学疲劳模型能够准确获取再生水稳混合料疲劳损伤起始至试件疲劳破坏的损伤演化全过程;骨料与水泥基体界面处的应力集中是疲劳裂纹萌生与扩展的主要诱因;随着再生骨料掺量的增加,密实型水稳混合料内部的疲劳裂纹数量增加且呈现出竖直的裂纹形态;不同于密实型水稳混合料,透水型水稳混合料内部疲劳裂纹会受到孔隙边缘处应力集中现象的影响,产生更少的疲劳裂纹,其疲劳寿命与应力比系数呈现出较为明显的半对数线性关系,基于此得到的疲劳方程可进一步预测具有不同再生骨料掺量的透水型水稳混合料在不同应力水平下的疲劳寿命,为建筑固废再生水稳混合料的优化设计提供理论基础。 展开更多
关键词 建筑拆除固废 再生骨料水稳材料 疲劳损伤 数值模拟 近场动力学
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面向近场有限元法的非结构网格划分及其断裂损伤分析
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作者 张宪成 池宝涛 +3 位作者 于先泽 郭前建 袁伟 张耀明 《岩土力学》 北大核心 2025年第S1期467-476,490,共11页
工程材料的失效直接影响装备及其构件的可靠性和安全性,且很难采用传统测量方法对其断裂行为进行准确预测。近场动力学作为一种新兴的积分型非局部连续介质力学理论,在模拟材料断裂失效问题上具有良好效果,但该方法不依赖于预生成的网... 工程材料的失效直接影响装备及其构件的可靠性和安全性,且很难采用传统测量方法对其断裂行为进行准确预测。近场动力学作为一种新兴的积分型非局部连续介质力学理论,在模拟材料断裂失效问题上具有良好效果,但该方法不依赖于预生成的网格构造控制方程,在求解大规模问题时存在计算效率较低等挑战。为此,基于键型近场有限元法引入改进栅格法。针对含有任意裂纹的复杂实体模型,提出了基于改进栅格法的非结构网格划分方法,构建了以正交四边形为主的高质量网格自动划分。采用边界拟合算法实现了高质量实体边界拟合,解决了传统由外向内栅格法的实体边界拟合难题。另外,近场有限元法将键型近场动力学与非结构网格划分相结合,充分发挥近场动力学在表示材料非局部作用效应与非连续变形特征的天然优势,同时保持传统有限元法的节点快速遍历等特点。通过将近场有限元法与改进栅格法相结合,验证了该方法在对有限宽度板、L型板、双缺口板和中心缺口圆盘进行断裂损伤分析的有效性和可靠性。 展开更多
关键词 近场有限元法 断裂损伤 改进栅格法 非结构网格划分
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PDROD模型在纤维增强复合材料的损伤研究
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作者 谭承锋 杨雄武 +2 位作者 郑梦洁 茅东升 冯杰 《力学学报》 北大核心 2025年第10期2410-2421,共12页
碳纤维结构的破坏过程展示出韧脆性、突发性,失效机理呈现出多样性、复杂性,强度研究至关重要.鉴于近场动力学(peridynamics,PD)在材料断裂及损伤研究中的理论优势,本文提出一种新的复合材料近场动力学-杆单元(peridynamic-rod,PDROD)模... 碳纤维结构的破坏过程展示出韧脆性、突发性,失效机理呈现出多样性、复杂性,强度研究至关重要.鉴于近场动力学(peridynamics,PD)在材料断裂及损伤研究中的理论优势,本文提出一种新的复合材料近场动力学-杆单元(peridynamic-rod,PDROD)模型.其中,纤维束和树脂基体的力学行为分别由杆单元和PD模型表征,并建立了一种新的纤维/基体界面本构.与常规PD模型相比,PDROD存在两点优势:(1)数值模型能充分考虑各组分材料的物理特征,其便于调节纤维束的占比;(2)能精确捕捉到纤维和基体界面的脱黏模式.正因如此,该PDROD模型能应用于高性能复合材料的研发及损伤评估工作,其对于预浸料成型中纤维束占比调控及界面增韧性能评估具有重要作用.在数值分析中,详细探讨了纤维体积分数分别为10%,20%,40%和60%时复材的静态力学响应,结果显示PDROD模型能较好表征各向异性材料的力学属性.此外,通过开展拉伸载荷下单向板和层合板的失效问题研究,可以证实该计算模型在预测复材宏观损伤模式及失效机理等问题中的能力. 展开更多
关键词 近场动力学 复合材料 近场动力学-杆单元模型 纤维占比 损伤评估
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非线性键基近场动力学的快速无网格算法
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作者 王丹斌 田浩 《中国海洋大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第S1期133-141,共9页
在本文中我们提出了非线性键基近场动力学(Peridynamics,PD)方程的快速计算方法,主要思想是利用修正牛顿方法求解非线性键基PD方程。在修正牛顿方法中,非线性问题求解被转化为一系列线性方程迭代求解,其中线性方程对应的刚度矩阵正是线... 在本文中我们提出了非线性键基近场动力学(Peridynamics,PD)方程的快速计算方法,主要思想是利用修正牛顿方法求解非线性键基PD方程。在修正牛顿方法中,非线性问题求解被转化为一系列线性方程迭代求解,其中线性方程对应的刚度矩阵正是线性PD模型中的刚度矩阵,因此非线性键基PD模型的求解可以转化为一系列线性模型求解,从而可以应用线性模型快速法。在实际计算中,针对稳态非线性键基PD,我们结合了修正非线性模型牛顿迭代算法以及线性方程GMRES求解算法求解,在GMRES算法中的矩阵向量乘法就可以采取线性PD中的快速计算方法进行加速,从而可以加速整个计算过程使得计算量降为O(Nlog N)。 展开更多
关键词 键基近场动力学 修正牛顿方法 快速算法
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用PD+FEM分析弹目接触瞬间弹丸能量的变化
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作者 尹飞 郭一谚 石芳 《兵器材料科学与工程》 北大核心 2025年第3期146-151,共6页
随着海拔高度变化,温差、空气密度、含氧量、重力、加速度、气压值等对某型脱壳穿甲弹飞行参数的影响较大,实弹试验面临实施条件困难、费用昂贵,且弹丸动能变化属于难解的非线性问题,因此,本项目在海拔四千多米试验数据的基础上,采用了... 随着海拔高度变化,温差、空气密度、含氧量、重力、加速度、气压值等对某型脱壳穿甲弹飞行参数的影响较大,实弹试验面临实施条件困难、费用昂贵,且弹丸动能变化属于难解的非线性问题,因此,本项目在海拔四千多米试验数据的基础上,采用了二段PD+FEM直接耦合区域划分的分析方法,通过对靶板损伤进行数值分析,针对某型脱壳穿甲弹在预着靶时的运动平衡方程,推及弹丸的运动过程及弹丸着靶瞬间能量释放曲线。结果表明:弹靶接触瞬间,靶板正面承受的压力与弹尖和靶面间距成反比。 展开更多
关键词 近场动力学 非线性有限元 弹速 海拔高度 AP 正激波
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