多尺度力学前沿研究论文推荐

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文一：

镍铝合金断裂行为的多尺度数值模拟——分子动力学与内聚有限元分析耦合模拟

摘要：

在本研究中，利用耦合分子动力学（MD）和内聚有限元方法（CFEM）对B2 NiAl合金的裂纹扩展进行了多尺度研究。特别是，通过使用python编程，建立了一个用于批量插入的具有零厚度内聚单元的有限元模型。采用MD模拟得到的T-S曲线作为零厚度内聚单元的材料输入参数，研究了微裂纹的扩展机理，实现了宏观裂纹的随机扩展模拟。结果表明，在微观尺度上，B2-NiAl单晶的裂纹扩展行为主要是由裂纹前沿应力集中产生的主裂纹和微孔的连续聚结引起的。此外，单晶B2-NiAl经历了相变并遵循贝恩路径。此外，将不同温度下的T-S曲线与Needleman经典理论模型进行了比较，证明了Needlemman模型的正确性。然后，计算了B2-NiAl合金在不同温度下的宏观断裂韧性值，并与实验结果进行了比较。这种比较证明了彼此之间的良好一致性，并表明通过MD获得的T-S曲线可以应用于有限元方法。这些结果验证了这种多尺度方法的真实性，为宏观和微观尺度的裂缝行为模拟提供了一种替代方法。

图：含边裂纹 B2-NiAl 合金的 MD 模型

图：ABAQUS中两个相邻实体单元之间的内聚单元的批量生成示意图。

图：单晶 B2-NiAl 合金300K 裂纹扩展的原子结构图和应力云图

文二：

基于多尺度模型和Lennard-Jones势的岩石粘性断裂模型

摘要：

为了模拟裂纹萌生和扩展过程中的能量耗散现象，本研究基于岩石的多尺度模型和非键合分子之间的Lennard-Jones势，提出了一种新的内聚断裂模型。该模型建立了岩石多尺度模型中变形的对应关系，表明断裂能本质上是变形能转化为分子间势能的表现。首先，根据岩石的结构特征和断裂特征，建立了岩石的多尺度模型，分析了不同尺度下岩石变形的对应关系。然后，建立了与拉伸和剪切过程相对应的内聚断裂模型的力和势能方程。最后，通过三个数值模拟验证了粘性断裂模型的准确性。结果表明，内聚断裂模型能够准确地拟合I型和II型试验的理论值和实验结果。在单轴压缩试验中，粘性断裂模型可以准确地模拟岩石的单轴抗压强度和断裂模式。

图：裂纹的形成与扩展过程。

图：不同单元数的竖向位移云图。

文三：

基于临界能量耗散的混凝土疲劳断裂多尺度表征

摘要：

在本研究中，推导了混凝土在循环荷载条件下的能量耗散率和临界能量耗散的解析公式。最初，采用纳米力学方法推导了微裂纹扩展速率的公式，随后将其扩展到表示临界能量耗散。为了消除微观和宏观尺度应力特性之间的尺度效应，本工作采用了多尺度方法。在临界能量耗散的基础上，提出了一种新的损伤参数来量化损伤。

图：原子晶格块断裂。

文四：

开源航空图像对裂缝网络特征描述有用吗？扎格罗斯山脉多尺度方法的见解。

摘要：

储层类似物中的多尺度裂缝特征对于确定裂缝网络的方向聚类、长度比例定律、丰度和拓扑结构至关重要，所有这些对于地质流体流动建模都至关重要。在本研究中，我们研究了Bing Maps图像在Kuh-e-Asmari背斜（伊朗扎格罗斯山脉）裂缝网络分析中的应用，这是一个植被稀少的地区，是裂缝性储层的良好露头模拟。使用QGIS中的NetworkGT插件，在三个不同的比例尺（1:50000、1:5000和1:500）下进行图像衍生的裂缝特征描述，并与现场收集的结构数据（即扫描线）进行比较。结果显示了量表的依赖性，每个量表的优点和缺点总结如下。1:50000是唯一的空间连续数据集。1:5000数据集具有潜在的空间连续性，能够非常详细地分析断裂和连通性分布，强调强烈断裂/连通的细长带，这可能代表已知的、先前绘制的断层带的损伤带。1:500的比例不能保证数据集的空间连续性；然而，与扫描线类似，它可以对潜在感兴趣区域的裂缝网络进行详细分析。我们得出的结论是，结构现场调查可以与航空图像上的多尺度映射相结合，以更好地确定裂缝的长度和丰度分布。

图：介绍（A）通过构建随机离散裂缝网络模型来模拟流体流动所需的工作流程和输入参数。数据集中的裂缝根据裂缝的方向和/或类型被分类为不同的集合。长度、倾角和走向角以及采样尺寸用于从方向、尺寸、强度和孔径的角度对每组进行统计描述。（B）用于裂缝网络分析的最常见方法的地面采样距离和采样面积的示意图。

图：骨折数据集的收集。（A）：根据1:50000比例的卫星图像解释的断裂网络。（B–D）：红色和绿色圆圈：分别在1:5000（C）和1:500（D）比例的航空图像上解释的裂缝网络的解释边界。蓝线：现场扫描线的大致位置和方向。

图：（A）：使用遥感（绿色方框）和现场扫描线（棕色方框）表征裂缝网络所采用的示意性工作流程。（B）：使用NetworkGT计算拓扑参数的工作流。使用采样区域或采样网格对裂缝网络进行采样，以从裂缝网络中提取分支和节点。节点和分支分别分为I、Y和X以及I–I、C–I和C–C（见正文中的解释）。分支、节点和采样区域/网格用作拓扑参数计算的输入。（C）：NetworkGT提供并用于本研究的拓扑参数摘要。

图：遥感和野外裂缝数据集的强度分析。（A）：表示每个数据集的P20、P21和B22的方框图。P20和P21以对数标度表示、B22以线性标度表示。（B）：15000、15000和1:500数据集的B22的空间分布以及扫描线数据集的P10的空间分布。（C）：从现场扫描线获得的裂缝数据集的线性强度P10。

文五：

机织物纤维束弹道碰撞的多尺度有限元模拟

摘要：

为了捕捉机织物在冲击载荷作用下纤维和纱线的全部细节，首先提出了一种多尺度建模技术来模拟包含纤维束和纱线的机织物。对机织物进行了纱线水平中尺度和包含纤维束的多尺度建模。对于两个多尺度模型，在织物的局部区域，用具有一定卷曲波动的固体元素的纤维束对原纱进行计算表示。在全球范围内，这些纤维束与具有固体成分的次级纱交织或与具有壳体成分的织物板结合。通过弹道试验结果对这三种模型进行了验证。与纱线层面的连续体模型相比，局部区域的纤维束模型表现出更准确的弹道反应和更详细的织物在弹道冲击下的破坏机理。目前的纤维束/纱线模型将有力地研究织物结构对弹道性能的影响，这需要更详细的纱线和纤维的弹道响应。