会议快讯(19): 第二届无网格粒子类方法进展与应用研讨会及近场动力学分会召开

近场动力学PD讨论班2021-01-11 10:28:06

无网格粒子类方法是国际计算力学领域近年来最为活跃的研究方向之一。“无网格粒子类方法进展与应用研讨会”旨在深入开展无网格粒子类方法的学术交流,促进国内无网格粒子类方法的研究,展示无网格粒子类方法在理论与应用方面的研究成果。


“第二届无网格粒子类方法进展与应用研讨会”于2018年8月29至31日在陕西西安西北工业大学成功召开。本次会议由中国力学学会计算力学专业委员会无网格与粒子类方法专业组主办,西北工业大学计算力学与工程应用研究所承办,陕西省力学学会、西北工业大学学科建设办公室和中国飞机强度研究所协办。


本次研讨会得到了无网格粒子类方法研究相关领域同仁的热情响应,有来自美国、德国、澳大利亚、香港及国内等多个国家和地区的100多位专家、学者和研究生同学们参加了本次会议,共做大会报告14场,半大会报告14场以及分会场报告84场。


大会开幕式:


本次会议的开幕式由大会共同主席、西北工业大学航空学院徐绯教授主持:


大会共同主席、清华大学航天航空学院张雄教授致开幕词:


一百多位专家、学者和研究生同学们济济一堂:


大会邀请报告:

本次会议共邀请大会报告14场,半大会报告14场,其中一些报告照片展示如下:


清华大学姚振华教授作大会邀请报告:


美国辛辛那提大学刘桂荣教授作大会邀请报告:


再来说说本次大会中近场动力学相关报告的情况:


本次大会共包含九场近场动力学相关报告,其中大会报告一场,半大会报告一场,分会场报告七场!下面就让我们赶快来看一下其中的报告内容吧。


大会报告:

报告题目: 改进的近场动力学模型及其应用

报告人:黄丹 教授

单位:河海大学工程力学系,江苏 南京;

摘要在非局部近场动力学理论框架下,构建了几种经过不同改进的键型近场动力学、常规态型和非常规态型近场动力学模型,可分别适用于不同材料和结构变形-损伤-破坏过程全过程模拟。经与已有试验和数值结果对比验证后,应用所提出的模型和算法研究了静/动态脆性单裂纹/多裂纹扩展、热粘塑性冲击破坏、混凝土单/双轴静/动力破坏、页岩水力压裂破坏等问题,并基于数值模拟结果探讨了相关破坏规律。


河海大学黄丹教授作大会报告:


半大会报告:

报告题目: 近场动力学与经典连续介质力学的混合模型及其应用研究

作者:韩非*, Gilles Lubineau

单位:大连理工大学,工业装备结构分析国家重点实验室,辽宁 大连;COHMAS Laboratory, King Abdullah University of Science and Technology

(KAUST), Thuwal, Saudi Arabia

摘要:近场动力学(Peridynamics)是近年来国际上兴起的基于非局部作用思想建立的一套固体力学理论体系[1]。该理论假设相隔有限距离的非接触物质点之间仍然存在力的相互作用,并通过求解空间非局部力的积分方程来描述材料的力学行为,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力学方法在面临不连续问题时的奇异性。因此,近场动力学模型适合于模拟裂纹自发地初始和扩展过程,并且不需要复杂的裂纹扩展准则。近年来近场动力学理论受到国内外学者的广泛关注。然而,近场动力学模型也存在一些不足之处,比如计算量巨大;所需边界条件与传统的面力边界条件不相容;模型中参数的实际物理意义不明确等。相比之下,经典的连续介质力学模型仍然具有实用性。特别是当材料的变形和失效行为仍然处在连续性假设可以描述的范围之内,如材料的弹性变形、损伤和塑性变形,经典的连续介质力学模型仍具有物理意义明确,建模相对简单和计算量小等优势。基于以上考虑,报告人提出了一种耦合近场动力学(非局部)模型和经典连续介质力学(局部)模型的Morphing方法[2],本方法的核心在于,只有在材料发生断裂的位置和时刻才使用近场动力学模型,从而避免了不连续问题的出现造成解的奇异性,同时极大的减少了计算量并使传统的面力边界条件得以应用。基于此方法,报告人推导出了一整套混合局部/非局部的静(动)态模型以及相应的数值计算方法,并将其应用于结构的拟静态自适应损伤/开裂模拟,以及动态波传播问题的模拟。


[1] Stewart Silling. Reformulation of elasticity theory for discontinuities and long-rangeforces. Journal of the Mechanics and Physics of Solids 48(1): 175-209, 2000.

[2] Gilles Lubineau, Yan Azdoud, Fei Han. A morphing strategy to couple non-local to local continuum mechanics. Journal of the Mechanics and Physics of Solids 60(6): 1088-1102, 2012.


本次大会的近场动力学分会在温馨惬意的咖啡厅内召开,其中共包含如下七场精彩报告!


近场动力学分论坛报告:

1. 报告题目: 三维边坡稳定性的近场动力学分析方法

作者:赖欣*, 刘立胜, , 马晓东

单位:武汉理工大学,理学院,工程结构与力学系/新材料力学理论与应用湖北省重点实验室,湖北 武汉

摘要:边坡稳定性问题分析一般采用极限平衡法或有限单元法作为主要研究手段。然而,边坡失稳常常伴随着地质材料的不连续变形和失效。这种特性对于极限平衡法与有限单元法而言,是无法正常表达的。为了克服这种限制,本文提出了针对含水地质材料的近场动力学理论模型,并将其运用于评估三维边坡稳定性中,该模型可以有效模拟失稳后的地质材料失效过程和运动特性。我们采用强度折减法来确定三维边坡的安全系数,并通过塑形变形来确定滑移带的位置。本文通过分析三维边坡稳定性,确定边坡的安全因数,模拟边坡失稳后的失效运动过程,并与相关文献数据进行对比,给出结果与讨论。本文所提出的方法不仅适用于边坡稳定性分析,也可作为一般岩土工程的理论分析方法。


武汉理工大学赖欣老师作报告并解答听众提问:


2. 报告题目: 基于可变视野法近场动力学边界条件分析

作者:陈敬凯*, 蒋文春, 张彦廷, 杨滨

单位:中国石油大学(华东),机电工程学院/化学工程学院,山东 青岛

摘要:近场动力学是国际上新兴的一门非局部力学,在描述非连续相关问题时具有一定的优势。但在应用近场动力学理论描述材料的变形与破坏时,面临两个无法避免的问题。其一,由于近场动力学内力的计算涉及视野内所有点的变形,因此在视野取值较大时, 相对于传统连续介质力学的计算量较大。其二为非局部边界条件问题。即近场动力学中边界条件的添加需要在材料的物理边界外加上一层具有一定厚度的虚拟边界,该虚拟边界的厚度取决于视野值的大小。位移和力边界条件分布作用在具有一定厚度的虚拟边界内的所有点上,以保证物理边界上的点具有合适的刚度。但由于虚拟边界上位移的预先设定不仅取决于边界条件,还取决于物体实际的变形情况;因此传统的通过增加虚拟边界的手段并不能准确描述物理边界上的刚度,尤其在物体变形比较复杂的情况下,边界上变形的准确度往往较低。本文提出一种新的近场动力学边界条件的处理方法,通过降低边界上点的视野值的手段,在无需添加虚拟边界层的情况下,将非局部边界条件以局部边界条件的形式添加到物理边界上。研究表明,该可变视野法处理的近场动力学边界条件可以大大提高物体在边界附近的变形精度,由于无需添加虚拟层,其计算效率也大大提高。


中国石油大学(华东)陈敬凯老师在作报告:


3. 报告题目: 稳定的近场动力学非普通状态模型及其显隐式计算方法

作者:李潘*, 郝志明

单位:中国工程物理研究院总体工程研究所,四川 绵阳

摘要:近场动力学(Peridynamics, PD)非普通状态理论在采用节点积分时将引起零能模式,造成位移场、应力和应变场的数值不稳定性,影响计算精度甚至导致完全错误的结果,因此必须对其进行控制。目前国际上还没有十分有效的零能模式控制方法。本文基于线性化PD键理论,结合最小势能原理,推导出非均匀变形对应力状态的具体形式,建立稳定的近场动力学非普通状态模型。对含圆孔平板、双悬臂梁试件、三点弯试件和带长方孔平板进行线弹性以及损伤破坏分析,结果与有限元以及PD键理论模拟结果吻合很好;模拟对角加载方板的损伤破坏过程以及脆性材料的动态断裂,结果与实验吻合较好,表明提出模型在抑制零能模式方面的正确性和有效性。定义能量比的概念,定量分析整个计算过程中零能模式对计算结果的影响。

与显式求解方法相比,隐式求解方法具有无条件稳定,易收敛,计算量小的优点。推导稳定近场动力学非普通状态模型的隐式离散格式,通过影响函数提出双线性损伤模型,建立了一种准静态裂纹扩展问题计算方法,并应用于I型双悬臂梁、楔入劈拉试件以及三点弯试件准静态裂纹扩展问题模拟。通过与实验结果以及已有其它数值模拟结果进行对比,验证了提出方法的适用性。


中国工程物理研究院总体工程研究所李潘博士作报告:


4. 报告题目: 一种耦合近场动力学与杂交应力元的数值方法

作者:李志远*, 黄丹, 徐业鹏

单位:河海大学工程力学系,江苏 南京

摘要:近场动力学理论和方法在模拟材料和结构破坏等不连续力学问题时具有很明显的优势,但作为一种非局部粒子类方法,其整体计算效率通常低于传统的有限元等连续介质力学求解方法。杂交应力元法根据修正的余能定理放松了对单元内边界上面力连续的要求,代之以边界位移连续条件,与位移协调元相比,具有应力精度高、对单元几何畸变不敏感等优点。为充分利用近场动力学方法求解非连续问题的优势和杂交应力元法的计算效率和应力结果精度,本文构建近场动力学方法与杂交应力元方法的耦合模型求解裂纹扩展问题,在空间划分近场动力学子域和杂交应力元子域,在子域过渡区建立耦合方程传递物质点的力和位移。通过典型算例并与解析解和其他数值方法计算结果对比,验证了该耦合模型在模拟裂纹扩展等不连续问题方面的适用性、计算精度和计算效率。


河海大学博士研究生李志远同学作报告:


5. 报告题目: 线弹性损伤的PD非普通状态方法及炸药裂纹扩展模拟

作者:李洪祥* , 郝志明

单位:中国工程物理研究院总体工程研究所,四川 绵阳

摘要:推导了线弹性损伤的PD非普通状态方法,并采用线性化PD键理论的稳定关联材料模型进行零能模式的控制,应用于完整和含几种不同位置和方向预制缺陷的PBX炸药巴西圆盘试验的模拟。研究结果表明,线弹性损伤的PD非普通状态方法能较好的描述炸药中裂纹的形成和扩展过程,在完整巴西圆盘试验中,裂纹在炸药的中心处形成,并沿加载方向扩展。在含有预制缺陷的试件中,裂纹从缺陷两端向加载处扩展,和完整的巴西圆盘试验相比,初始损伤出现的时间较早,但裂纹贯穿试件需要的时间较长,不同的初始缺陷,裂纹的形成和扩展路径差异较大。


中国工程物理研究院总体工程研究所博士研究生李洪祥同学作报告:


6. 报告题目: 缝隙腐蚀的近场动力学模型

作者:刘飞*, 刘齐文, 陈景涛,刘立胜

单位:武汉理工大学工程结构与力学系, 武汉

摘要:碳钢因力学性能良好且成本低常被用于铺设海底管道设施,由于其长期处于海水这一类含有侵蚀性氯离子的溶液中,容易发生缝隙腐蚀并带来安全隐患和经济损失。因此,研究碳钢在海水环境中的腐蚀规律和影响因素显得极为重要。本文采用基于键的近场动力学方法来研究碳钢在海水环境中的缝隙腐蚀损伤演化,用物质点处的浓度和电势特征来描述该物质点的特性,引入扩散键和电势键来描述物质点间的连接,以Nernst-Planck方程为基础,推导了对应扩散项、电迁移项的微模量,建立了考虑扩散项、电迁移项的缝隙腐蚀近场动力学模型。并引入损伤依赖函数控制键的断裂。将该模型计算得到的腐蚀速率结果与缝隙腐蚀实验数据对比,验证了模型的可靠性。以此为基础,采用该模型研究了缝隙腐蚀过程中离子浓度、电势、pH值等变化规律,与实验结果相吻合。该模型考虑了电势作用,适用范围更广;可以预测含有不连续体材料中的缝隙腐蚀形状和损伤轮廓,为海底管道的腐蚀防护工作提供指导。


武汉理工大学工程结构与力学系硕士研究生刘飞同学作报告:


7. 报告题目: 基于近场动力学方法的含裂纹脆性板破坏分析

作者:孙杰*, 黄丹

单位:河海大学工程力学系,江苏 南京

摘要:基于键型近场动力学(Bond-based Peridynamics)理论,在常规微弹脆性近场动力学本构模型中引入表征非局部长程作用力强度尺寸效应的核函数修正项,并考虑物质点对(键)的转动刚度,构建可提高定量计算精度和部分消除常规微弹脆性近场动力学本构模型泊松比限制的双参数微弹脆性近场动力学本构模型;对含I型裂纹的脆性断裂问题,结合近场动力学定量计算结果和位移外推法计算应力强度因子。通过典型算例验证了本文模型的计算精度,并表明基于本文方法计算得到的I型应力强度因子结果与理论解吻合较好。在此基础上,通过数值模拟含不同形态单裂纹和多裂纹脆性板的裂纹扩展过程,研究了初始裂纹情况(裂纹数量、位置和方向、裂纹长度等)对结构破坏型式、扩展路径和承载能力等的影响规律,以及多裂纹扩展问题中裂纹间的相互影响和连接。


河海大学工程力学系硕士研究生孙杰同学作报告:


分会上各位专家、学者就感兴趣的问题进行了深入的交流:


最后,感谢西北工业大学的徐绯教授,聂玉峰教授、杨扬副教授及各位志愿者同学为成功举办本次会议所付出的努力!因为你们提供的细致服务,代表们才能在本次会议上进行充分且深入的交流,且收获颇丰。


为下一届研讨会做个广告:


第三届无网格粒子类方法进展与应用研讨会将于2020年在新疆乌鲁木齐召开,下一届会议的承办方代表、新疆大学机械工程学院买买提明·艾尼教授为大家介绍了下一届研讨会的筹备情况。买买提明·艾尼教授欢迎各位专家、学者及同仁们2020年到新疆乌鲁木齐会参加第三届无网格粒子类方法进展与应用研讨会!


新疆大学机械工程学院买买提明·艾尼教授在介绍下一届研讨会的筹备情况:


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近场动力学(PD)理论是国际上新兴的一整套非局部连续力学理论体系,该理论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!


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