近场动力学前沿研究分享
无重叠区不规则离散双层近场动力学与有限元的直接耦合
摘要：
本研究介绍了在商业软件ANSYS中，基于双层粘结、基于普通状态和基于非普通状态的近场动力学（PD）与传统有限元的耦合。由于在推导局部放电平衡方程时假设了均匀的层位，因此具有不同层位的非均匀网格会导致局部放电点之间的虚假波反射和重影力。然而，双视界PD的概念允许在不同视界下进行非均匀离散化。耦合方法采用PD控制方程的弱形式。PD和FE区域沿界面共享相同的节点，没有重叠区或约束条件。ANSYS原生MATRIX27元素用于PD区域，传统元素用于其余区域。通过ANSYS中的EKILL选项逐渐引入故障。一旦执行EKILL选项，MATRIX27元素的系数就会更新。通过考虑在准静态和动态载荷条件下受到各种边界条件的各向同性弹性板，证明了该方法的准确性。此外，通过考虑双悬臂梁和三点弯曲试样，证明了其对准静态裂纹扩展的保真度。对于所有边界和载荷条件，非均匀离散的耦合PD/FE方法的结果与有限元方法的结果非常吻合。
图：不规则离散条件下变水平局部放电材料点的运动学。
图：PD和FE区域与无缝PD-FE界面的耦合。
图：FE和PD区域边界段的描述。
图：离散化：PD和FE区域之间界面上公共节点之间的单元连接，以及b PD区域。
文二：
利用塑性和粘性有限元对准脆性材料断裂进行三维建模
摘要：
本文提出了一种基于零厚度界面粘结元的三维离散方法，用于模拟准脆性材料中的裂纹形成和扩展。界面本构模型结合了非线性断裂力学和塑性的概念。基于库仑的表面被用作屈服函数，指数牵引-分离曲线被用作软化定律。该模型具有隐式积分方案的非关联流动规则，能够模拟I型和混合型中单裂纹和多裂纹的传播。通过拉伸和剪切路径对所提出的模型进行了测试，并将其应用于文献中可用的混凝土试件的实验测试模拟中。此外，还对不同块体单元的使用效果进行了研究。数值结果，包括峰值载荷和显示软化行为的载荷CMOD曲线，与实验数据吻合良好。
图：内聚力单元的全局（黑色）和局部（红色）节点编号。
图：界面单元的生成：初始网格；b分离单元；c最终网格，包括生成的界面单元。
图：体单元代表长度的计算：a在具有相等六面体单元的网格中；b在具有不同尺寸的元件的网格中；c 在非结构化网格。
图：本构模型表面：a. 屈服函数；b. 塑性势函数。
图：剪切试验：平行于界面平面的位移与剪切应力的关系；b有效塑性位移与剪应力。
图：示例3：实验和数值结果。
文三：
大变形流体-结构相互作用的耦合近场动力学-光滑粒子流体力学模型
摘要：
流体-结构相互作用（FSI）在各种工程学科中无处不在，有效计算FSI似乎是成功进行故障分析和安全导向设计的关键。平滑粒子流体力学（SPH）是一种有效的非局部无网格流体动力学建模方法，而近场动力学（PD）在解决涉及大变形和不连续性的结构动力学方面表现出了卓越的能力。因此，以综合方法利用各自的优势，对应对金融服务业挑战具有重大前景。在这项工作中，我们提出了一种新的近场动力学-光滑粒子流体动力学（PD-SPH）耦合模型来解决FSI问题。提出了一种用于PD和SPH之间数据传输的稳定高效耦合算法。在这种耦合策略中，当PD粒子被识别为在SPH粒子的支持域内时，它直接参与求解SPH控制方程。这是可以做到的，因为包括PD粒子的密度、速度和压力在内的SPH量在基于非寻常态的近场动力学理论的框架内自然可以实现。同时，在求解PD控制方程时，SPH粒子的反作用力作为PD粒子的外力，直接通过牛顿第三定律确定。因此，所提出的PD-SPH耦合策略易于实现，并提供了高计算效率。验证示例表明，所提出的PD-SPH耦合模型在计算上是稳健的，并且擅长捕捉涉及流体自由表面破裂和固体大结构变形的各种FSI场景中的物理现象。此外，所提出的PD-SPH耦合模型具有灵活性，为应用引入了无约束条件，可以适应PD和SPH域的不同粒子分辨率。这些特征使所提出的PD-SPH耦合模型具有广泛的应用范围，包括爆炸引起的土壤破碎、岩石破裂和混凝土坝破坏的模拟，作者将在不久的将来进行这些模拟。
图：NOSB-PD理论的运动学。
图：PD和SPH域的耦合方案。
图：溃坝试验中0.1、0.2、0.3和0.4秒压力分布的SPH预测。
图：Kalthoff-Winkler实验中板在冲击下的损伤和断裂的PD预测。
图：溃坝水流通过弹性板：压力和应力分布。
文四：
多层石墨烯片断裂研究的近场动力学
摘要：
了解石墨烯片的断裂特性是实现其实际应用的关键一步。然而，由于实验操作和全原子（AA）方法的局限性，研究大型纳米石墨烯片的断裂仍然是一个艰巨的挑战。特别是，对多层石墨烯片（MLGS）的逐层断裂进行研究几乎是不可能的。为了克服这一挑战，本研究提出了一种周期动力学（PD）模型，该模型包括层内部分和层间部分。通过将MLGS的断裂韧性和断裂形式与现有实验进行比较，验证了所提出的PD模型。研究发现，预裂纹MLGS的单轴拉伸应力-应变曲线与MLGS中石墨烯层的数量密切相关。通过增加石墨烯层数、缩短预裂纹长度和钝化预裂纹尖端，可以提高MLGS的断裂性能。值得注意的是，在MLGS中观察到的具有独立路径的异步裂纹扩展是一种独特的增强断裂性能的机制，这与单层石墨烯片不同。在这项工作中，PD理论首次被扩展到研究大型纳米MLGS的平面内断裂。
图：PD材料体变形前后的图示。
图：显示层内PD模型建立的示意图。
图：（a） 预裂单层石墨烯片在单轴拉伸下的应力-应变曲线，（b）单层石墨烯板在不同应变下的断裂形式。
图：不同层数的预裂MLGS在单轴拉伸下的能量密度。
图：预裂三层石墨烯片中各石墨烯层在不同应变下的断裂形式。第一层和第三层分别表示顶部和底部石墨烯层。预裂纹的长度为25 nm。
文五：
非连续介质中的热扩散: 一种基于近场动力学的混合机器学习模型
摘要：
本文介绍了一种基于近场动力学的机器学习模型的新混合公式，用于在具有演化不连续性的一维和二维问题中进行热扩散分析。混合模型采用多元线性回归方法来建立材料点、其相邻点的温度值与施加的外部热通量之间的关系。热模态分析方法使用有限元法生成训练和测试数据。还开发了一种高效的数值程序，将近场动力学模型和基于近场动力学的机器学习模型耦合起来。在稳态和瞬态加载条件下，对一维热棒问题的微热传导函数的多种配置进行分析，以确定对局部解表现出优异收敛行为的配置。此外，基准问题证明了所制定的混合模型的高精度，包括对具有不连续性的热板的分析，例如具有孔的板、具有预先存在的绝缘裂纹的板以及具有固定和演化不连续性双材料界面的板。混合模型有效地捕捉了复杂的不连续性和边界，同时具有计算效率，表明其在具有平稳和演化不连续性的一维和二维问题中进行热扩散分析的潜力。
图：该示意图描绘了热传导模型的1D和2D近场动力学分析。
图：热模态分析中的边界条件，用于获取1D问题的训练和测试数据。
图：案例研究1：示意图显示了在左右两端受到两个狄利克雷边界条件的杆及其离散化。
图：双材料板上温度变化轮廓图的比较。
