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2020年3月第三期近场动力学领域有五篇新文章上线。本期的五篇文献涉及混凝土断裂建模、水泥浆在水相环境中劣化的力化学建模、水力压裂裂缝网络模拟、键的混合断裂模型以及面向对象的近场动力学软件。下面我们依次简要介绍：
文一：
https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2021.102949
可循环粗骨料混凝土细观断裂的近场动力学建模和模拟
在本文在本文中，作者们基于近场动力学建模和模拟提出了再生粗骨料（RCA）混凝土的两种非局部力学模型，即RCA模型1和RCA模型2。再生粗骨料混凝土是一种具有天然粗骨料、旧界面过渡区（old-ITZ）、旧水泥砂浆、新界面过渡区和新水泥砂浆五个不同组成成分的异质复合材料。作者们通过使用随机的蒙特卡罗法（Monte Carlo method）随机生成了多层次结构化RCA的晶粒尺寸，并通过一种装箱算法确定了晶粒的分布。在RCA模型1中，针对骨料取代率为0%，25%，50%，75%和100%的情况，作者们分别研究了在平面内单轴拉伸载荷或者单轴压缩载荷作用下，RCA复合材料的裂纹萌生、演化和扩展情况。在RCA模型2中，作者们研究了随机微观分布对界面断裂的影响。作者们也对在不同加载情况下的裂纹形态做了比较。结果表明近场动力学可以被用来模拟可再生混凝土内部的脱粘过程，并且无需使用ad-hoc失效准则或网格重构技术就可自发地获得裂纹的萌生和扩展，这说明了在分析RAC混凝土材料和结构的渐进破坏方面很有前景的近场动力学建模的潜力。
图：（a）普通硅酸盐水泥可循环骨料混凝土（OPC-RAC）的SEM图像，（b）地质聚合物可循环骨料混凝土（GRAC）的SEM图像。
图：二维可回收粗骨料（RCA）混凝土模型，（a）RCA模型1，（b）RCA模型2。 图：RCA模型1的边界条件。 图：四种不同骨料置换率下的RCA模型1，（a）0%，（b）25%，（c）50%，（d）100%。 图：单轴拉伸下四种RCA模型裂纹形成和扩展的损伤云图快照。 图：单轴拉伸下四种RCA模型在断裂过程中的应变能密度。 文二： https://doi.org/10.1007/s40571-021-00392-3 ParticLS: 用于离散元法和近场动力学的面向对象软件 ParticLS（粒子水平集）是一个可实现离散元法（DEM）和无网格方法的软件库。ParticLS追踪单个粒子之间的相互作用，这些粒子的几何形状由能够捕获复杂形状的水平集定义。这些粒子要么代表刚体部分要么代表连续体内的材料点。作者们使用了多种接触准则来表征粒子间的相互作用，并在数值上近似求解能量和质量守恒方程，从而模拟了刚体的运动或变形/断裂。通过采用多种接触准则，ParticLS可以模拟相互作用的物体之间的变形及断裂，相互作用的物体由许多粒子组成。在连续体设置中，作者们数值求解近场动力学积微分方程，其能够对具有不连续位移场和复杂断裂动力学特征的物体进行建模。作者们展示了采用与实现DEM相同的软件基本架构来求解离散化的近场动力学方程。因此，作者们设计了一个独特的软件库，用户可以在其中轻松添加具有任意几何形状的粒子和新的接触准则，这些准则可以对刚体相互作用或近场动力本构关系进行模拟。作者们展示了ParticLS在试验问题上的多功能性，旨在显示适用于多领域的特点，例如构造学，颗粒介质，多尺度模拟，冰川崩塌和海冰。 图：16500个球形粒子组成的单轴压缩算例，初始尺寸为0.85x0.85 1.00。 图：上图中单轴压缩实验的应力-应变曲线。 图：带孔板在驱动力下向右拉伸的线性近场动力学结果，（b）、（c）的左右列分别为力密度的x，y分量。 文三： https://doi.org/10.1016/j.cma.2021.113728 一种新的用于界面分层和均质材料断裂分析的近场动力学混合型键断裂模型 针对材料界面和均质各向同性材料的混合型裂纹断裂问题，作者们提出了一种新的近场动力学键断裂模型，其中所提出的用于混合型近场动力学键的断裂准则采用了临界伸长率或临界能量密度的角度依赖公式。然后，对非对称双悬臂梁，单边开口板和三点弯曲三个试验模型进行了验证和应用，并预测了其断裂的数值特性（例如，裂纹路径，荷载-位移曲线和临界载荷），将所提出模型的计算结果与有限元方法计算结果，理论解和实验数据获得的结果进行对比。经过仔细对比，结果表明，所提出的近场动力学键断裂模型可以成功地获得界面和均质材料破坏的混合型断裂行为。 图：SENP在位移载荷为（a）u=5.20x10^{-5}m，（b）u=1.12x10^{-4}m且δ=4mm，（c）u=5.20x10^{-5}m，（d）u=1.12x10^{-4}m且δ=2mm时的断裂路径。 文四： https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2021.107676 基于近场动力学的水力压裂网络建模 本文提出了一种基于近场动力学的耦合水力学模型，以模拟复杂裂缝网络中的水力压裂。作者们通过将数值结果与解析解和实验结果的比较，验证了该方法。然后，研究了地壳应力分布，作用于自然裂缝（NF）表面的摩擦力以及自然裂缝网络对水力裂缝（HF）扩展的影响。模拟结果表明，地壳应力比主要影响水力裂缝的传播方向。当水力裂缝和自然裂缝连接时，由自然裂缝的张开导致的诱发应力会使新裂缝的传播方向偏转。自然裂缝表面上的摩擦力是影响水力裂缝与自然裂缝之间相互作用的重要因素。 图：单裂纹水力压裂模型的加载条件。 图：（a）单裂纹扩展损伤分布的模拟结果与（b）实验结果的对比 文五： https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.122927 近场动力学模拟硬化水泥劣化和估计预测的失效时间中的不确定性 针对由水相环境导致水泥基基础设施劣化的情况进行建模仍然是一个挑战。为了发展一种预测化学劣化导致水泥基础设施失效的能力，作者们建立了一个长期水接触对水泥浆影响的力化学模型。该模型将静力平衡与反应扩散输运耦合在一起，并通过近场动力学（无网格模拟方法）将断裂和失效结合。该模型考虑了普通波特兰水泥浆料劣化的一些基本因素，包括观察到的软化，韧性降低和水泥浆收缩，以及伴随水诱导劣化而增加的反应性和输运性。该版本的模型侧重于水泥浆脱钙的第一阶段，即硅酸盐的溶解。考虑到水泥浆劣化过程中的未知因素和不确定性量化成本，作者们采用二维的最小化的复杂模型来执行敏感性分析和不确定性量化。作者们使用诸如弯曲，压缩和扩散等常见试验的模拟将模型和现有的实验数据校准。然后，作者们基于11种特有的和基本的材料性质的变化来计算预测的失效时间的全局敏感性和不确定性。作者们观察到伴随着劣化扩散系数，反应速率和收缩的敏感性特别强。同样，预测的第一次断裂时间与完全压缩失效时间高度相关，这意味着断裂能预示即将发生的劣化诱导了失效。但是，两个事件的分布重叠，因此前者时间可能最少。将模型扩展到包括描述完全劣化，粘性松弛，峰后加载力学机制的多个反应，并扩展到三维以探索由更逼真的几何形状引起的复杂裂缝模式的相互作用是一个直接且持续性的工作。 图：三点弯几何模型。 图：加载速率为0.01/4cm/yr的无收缩情况，水分渗入（左，蓝色：0.0，红色：1.0）及变形梯度（右，蓝色：-10^{-5}，红色：10^{-5}），每0.0001250cm的位移展示一个云图。 图：加载速率为0.01/4cm/yr的完整收缩情况，水分渗入（左，蓝色：0.0，红色：1.0）及变形梯度（右，蓝色：-10^{-5}，红色：10^{-5}），每0.0001250cm的位移展示一个云图。 ————————————————————————————————————————————— 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！ 每期文章评述的首发平台是微信公众号：近场动力学PD讨论班 或扫如下二维码加入公众号：
图：Ⅱ型主导载荷下的单边开口板（SENP）。
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