近场动力学方法及其应用

近场动力学(peridynamics,PD)是一种新兴的基于非局部作用思想建立模型并通过求解空间积分方程描述物质力学行为的方法.它兼有分子动力学方法和无网格方法的优点,避免了基于连续性假设建模和求解空间微分方程的传统宏观方法在面临不连续问题时的奇异性,又突破了经典分子动力学方法在计算尺度上的局限,在宏/微观不连续力学问题分析中均表现出很高的求解精度和效率.首先概述了PD方法的理论基础、建模思路和计算体系;进而介绍了PD方法在不同尺度不连续力学问题中的应用,包括均匀与非均匀材料和结构的大变形、损伤、断裂、冲击、穿透和失稳问题,结晶相变动力学问题以及纳米材料和结构的破坏问题;最后讨论了PD方法在理论、计算和应用等方面值得进一步研究的问题.     

基于近场动力学理论的混凝土轴拉破坏过程模拟

近场动力学PD(Peridynamics)是一种新兴的基于非局部模型描述材料特性的数值计算方法.该方法假定位于连续体内的粒子通过有限的距离与其他粒子相互作用,通过积分计算在一定近场范围(Horizon)内具有一定影响域的材料点之间的相互作用力,而不论位移场的连续与否,避免了传统的局部微分方程求解在面临不连续问题时的奇异性和现有多尺度算法的复杂性.本文概述了PD方法的基本思想、建模方法和计算体系,给出了用近场动力学方法模拟混凝土在轴向拉伸荷载作用下的计算格式.算例结果表明,PD方法可以很好地刻画和模拟混凝土在轴拉情形下的损伤累积与渐进破坏过程.最后讨论了PD方法在理论、计算和应用等方面有待进一步研究的问题.     

一种基于领域自适应的跨工况滚动轴承故障诊断新方法

机械设备在运转时,不同状态下滚动轴承监测数据存在较大分布差异且难以获取带标签的数据,导致现有模型在变工况条件下故障诊断准确率低。针对滚动轴承跨工况诊断难题,本文提出一种基于领域自适应的跨工况滚动轴承故障诊断方法,该方法首先提取振动信号故障敏感特征,并将其嵌入Grassmann流形空间,避免直接进行特征变换导致特征失真;其次利用动态分布对齐自适应调整源域和目标域分布差异,并通过增加类内散度正则化项最小化类内距离,增加类的可分性;最后,根据结构风险最小化原则建立域不变分类模型。在不同工况下的滚动轴承数据集上与现有方法进行了比较实验,结果表明本文提出的方法能有效提高分类准确率。     

考虑混凝土材料非均质特性的近场动力学模型

混凝土内部微细观结构影响其损伤和破坏行为.鉴于传统连续介质力学在模拟混凝土损伤累积和渐进破坏过程中存在的问题,基于数值图像技术获得混凝土试件的内部骨料形态,采用键型近场动力学理论,建立了能够考虑混凝土非均质特性的近场动力学模型,并在ABAQUS平台下开发了相应的计算模块,进行了混凝土试样的拉伸和压缩细观破坏分析.结果表明:近场动力学模型和数值方法能够成功模拟混凝土材料的复杂破坏过程,得到的破坏现象与试验结果吻合程度较好,进一步探究了混凝土材料的破坏机制,完善了混凝土结构的破坏分析过程.     

Ni/HZSM-5的结构及催化木糖醇水相加氢合成液体烷烃的性能研究

采用浸渍法制备了Ni/HZSM-5双功能催化剂,采用BET、XRD、NH3-TPD、H2-TPR、FTIR和TG等方法表征了催化剂比表面、孔结构、酸性、还原能力及骨架结构等信息,研究了其催化木糖醇水相加氢合成液体烷烃的性能及催化剂失活的原因。结果表明,在优化的金属中心/酸中心的协同作用下,木糖醇可通过水相加氢高选择性地合成C5-C6烷烃;过高的金属中心或酸中心均会导致C-C键断裂形成轻质烷烃,以2%Ni/HZSM-5催化剂上木糖醇水相加氢活性最高,木糖醇C转化率为94%液体烷烃总收率可达90%,这与其具有较大的比表面积、合适的孔径分布、较多的金属活性中心、适中的酸量和强酸量有关。催化剂6次重复使用后活性明显降低,其骨架部分脱铝和表面积碳是其失活的主要原因。     

变截面梁板弯曲问题的一般解答

本文利用广义函数研究了截面呈阶梯形变化的梁板弯曲问题,直接导出了挠度通用公式。研究结果表明,不论梁板边界的约束条件怎样,均可归结为求解一个二元一次线性代数方程组的问题,与传统方法相比要简捷得多。     

线性强化材料弹塑性分析的自然单元法

自然单元法(NEM)是一种求解偏微分方程的无网格数值方法,其形函数兼具无网格法的特点和传统有限元法的优点.本文基于塑性增量理论,将自然单元法应用于弹塑性问题的分析计算中.为实现近似函数在非凸边界上的线性变化,采用约束的自然单元法(C-NEM)进行形函数计算.给出了增量切线刚度法求解非线性控制方程的相关公式,并对加载状态的确定和过渡状态下比例因子的计算方法等问题进行了深入的研究.编制了Von-Mises屈服准则下线性强化材料模型的二维弹塑性分析计算程序.算例分析表明,用自然单元法分析弹塑性力学问题是可行的,具有前处理过程简单、可以方便地准确施加本质边界条件等优点.     

第十八届美国理论与应用力学大会总结

正1会议概况2018年6月5—9日,第18届美国理论与应用力学大会(18th U.S. National Congress of Theoretical and Applied Mechanics, USNCTAM2018)在美国芝加哥召开.本次大会由美国力学国家委员会和中国力学学会联合主办,旨在探讨和交流近四年世界范围内在理论和应用力学领域的基础研究、创新技术的最新进展,吸引了来自世界各地的近千名专家学者     

混凝土复合型裂纹扩展的非局部近场动力学建模分析

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。     

考虑流固耦合效应的重力坝水力劈裂模拟

裂缝的高压水力劈裂是混凝土高坝安全评估的重要部分,研究其过程中的流固耦合作用是准确预测在各种情况下裂纹扩展路径和危险程度的关键.该文利用扩展有限元法在模拟裂纹扩展方面的优势,对大坝的裂纹进行水力劈裂模拟研究.裂纹中的水压分布模型采用Brühwiler和Saouma水力劈裂试验的成果,体现了水压和裂纹宽度的耦合关系,给出了扩展有限元在裂纹面上施加水压力荷载的实施方法,对一典型重力坝裂纹的水力劈裂进行了数值模拟分析.研究结果表明:采用扩展有限元法模拟水力劈裂,克服了常规有限元法存在的缺点,裂纹扩展时不用重新划分网格,裂纹的实时宽度可以由加强节点的附加自由度得到,裂纹面上水压的施加也变得简单易行.当考虑裂纹内的流固耦合效应时,裂纹的扩展路径相比不考虑耦合效应时的扩展路径(均布全水头水压),扩展角变大,扩展距离变短.