近场动力学——理论、模型与应用

目录丛书序序前言第1章绪论11.1引言11.2连续介质力学的局部理论与非局部理论31.3近场动力学的产生与发展61.4近场动力学的理论特点81.5近场动力学的研究现状91.5.1固体力学问题91.5.2流体力学问题181.5.3输运扩散问题191.5.4多物理场耦合问题201.5.5近场动力学与其他数值方法的混合建模与多尺度分析251.5.6近场动力学相关应用261.5.7近场动力学数理基础301.5.8近场动力学程序和软件研发301.6本书的主要内容31参考文献35第2章近场动力学的基本理论582.1变形描述582.1.1**连续介质力学的变形描述.582.1.2近场动力学的变形描述612.2受力描述与运动方程642.2.1**连续介质力学的受力描述与运动方程642.2.2近场动力学的受力描述与运动方程.662.3本构模型702.3.1键型近场动力学的力密度矢量.712.3.2常规态型近场动力学的力密度矢量.712.3.3非常规态型近场动力学的力密度矢量722.4非局部边界条件732.5守恒律的相容性条件752.5.1线动量守恒的相容性条件752.5.2角动量守恒的相容性条件762.5.3能量守恒的相容性条件772.6损伤与破坏：断键准则.78参考文献81第3章键型近场动力学模型及其改进.833.1本构模型及其线性化833.1.1键力密度函数的构建833.1.2键力密度函数的线性化863.2**微弹脆性模型883.2.1键力密度函数的具体形式883.2.2参数率定903.3**微弹脆性模型的改进953.3.1考虑长程力空间递减规律的修正.963.3.2考虑边界效应的修正983.4其他键型近场动力学模型1003.4.1微梁模型1003.4.2共轭键模型1043.4.3另两种键型近场动力学模型简介111参考文献112第4章键型近场动力学在有限元中的实现1144.1近场动力学强形式方程的杆单元法1144.1.1基于杆单元离散的计算方法1144.1.2基于ABAQUS软件的二次开发1184.2近场动力学弱形式方程的非连续伽辽金有限元法1214.2.1**连续介质力学微分方程的弱形式.1214.2.2近场动力学积分方程的弱形式1234.2.3空间离散与矩阵装配1244.3键型近场动力学非连续伽辽金有限元法在LS-DYNA软件中的实现1284.4数值算例分析1314.4.1基于自编程序的近场动力学杆单元法算例1314.4.2基于ABAQUS二次开发的近场动力学杆单元法算例1324.4.3基于近场动力学非连续伽辽金有限元法的算例1344.4.4基于LS-DYNA的混凝土板爆炸冲击毁伤模拟135参考文献137第5章近场动力学的显式动力学解法1405.1控制方程的空间离散.1405.2时间离散与逐步积分法1425.2.1时间差分格式1425.2.2显式逐步积分法的稳定性条件1435.3显式拟静力方法1455.4程序设计框架与计算流程1465.5数值算例1475.5.1一维杆的弹性波传播1485.5.2二维简支梁的弹性变形1495.5.3三维马氏体时效钢冲击动力裂纹扩展.1505.5.4混凝土板的冲击侵彻破坏1525.6近场动力学开源软件PDLAMMPS.1555.6.1PDLAMMPS软件概述1555.6.2安装与配置1565.6.3脚本文件示例与应用156参考文献160第6章常规态型近场动力学模型1626.1常规态型近场动力学弹性模型.1626.1.1基本变量说明1626.1.2弹性本构模型的建立过程1656.2常规态型近场动力学弹塑性模型1706.2.1弹塑性本构模型的一般形式1706.2.2屈服函数与塑性流动法则1716.2.3一致性条件与塑性乘子1736.2.4材料强度参数的确定1746.2.5回映算法流程1766.3数值算例1776.3.1含预制中心圆孔板的弹性变形1776.3.2随机多孔脆性环氧板的拉伸开裂1796.3.3方板的加卸载弹塑性响应180参考文献182第7章非常规态型近场动力学模型1847.1非常规态型近场动力学建模方法1847.1.1建模流程与基本方程1847.1.2基本方程的离散1877.2线性问题的隐式求解方法1887.2.1线弹性小变形问题的求解方程1887.2.2物质点劲度系数矩阵的构造1907.3非线性问题的隐式求解方法1947.4数值不稳定性分析与稳定控制方法1977.4.1数值不稳定性的影响因素分析1987.4.2稳定控制的计算策略2017.4.3稳定控制计算策略的数值验证2027.5晶体弹塑性变形与动态断裂的非常规态型近场动力学方法2097.5.1单晶体弹塑性本构模型2097.5.2塑性剪切变形增量与变形梯度张量更新.2117.5.3晶体塑性本构的切线模量2147.5.4平面多晶体弹塑性静力变形的算例分析.2167.5.5平面多晶体弹塑性裂纹扩展的算例分析.220参考文献225第8章非常规态型近场动力学模型的改进2288.1几种无网格法与非常规态型近场动力学方法的对比2288.1.1光滑粒子流体动力学方法及其修正2288.1.2再生核质点法和梯度再生核质点法2338.1.3非常规态型近场动力学模型2378.1.4几种无网格法与非常规态型近场动力学方法的对比2388.2高阶非常规态型近场动力学模型2408.2.1高阶非局部变形梯度和力密度矢量状态.2408.2.2线性隐式解法2428.2.3非线性隐式解法2478.2.4高阶非局部变形梯度的精度验证2488.2.5弹性杆拉伸变形的算例分析2508.2.6矩形板拉伸变形的算例分析2548.3键关联高阶非常规态型近场动力学模型2578.3.1键关联的非局部变形梯度2578.3.2键关联的力密度矢量状态和运动方程.2598.3.3线性隐式静力解法2608.3.4矩形板拉伸变形的算例分析2628.3.5三维杆轴压变形的算例分析2658.3.6三维杆中准一维弹性波传播的算例分析.2708.4一个新的非常规态型近场动力学模型2728.4.1基于近场动力学微分算子重构原非常规态型近场动力学模型2728.4.2基于近场动力学微分算子构建新的非常规态型近场动力学模型2768.4.3新的非常规态型近场动力学模型的隐式–显式混合解法2798.4.4矩形板拉伸变形的算例分析2838.4.5含线裂纹矩形板拉伸变形的算例分析.2858.4.6含孔板拉伸变形的算例分析2868.4.7含孔板裂纹扩展的算例分析290参考文献292第9章近场动力学方法与有限单元法的混合模型2959.1近场动力学与有限元混合建模的几种方法2959.1.1力耦合方法与镶嵌单元技术2969.1.2位移协调约束与位移结合法2969.1.3力分解法2979.1.4混合函数方法2989.1.5子模型方法2989.2新的近场动力学与有限元混合模型2999.2.1重叠模型与接触模型2999.2.2重叠模型的定量分析3029.2.3接触模型的定量分析3049.3数值算例3059.3.1悬臂梁在端部受集中力作用3059.3.2简支梁在跨中受集中力作用3069.3.3含I型裂纹板的裂纹扩展分析3079.3.4含I-II复合型裂纹板的裂纹扩展分析3099.3.5多裂纹扩展分析3119.3.6含切口三点弯*梁的裂纹扩展分析3139.4近场动力学有限元混合模型在重力坝稳定性分析中的应用3159.4.1典型重力坝的变形计算和分析3159.4.2典型重力坝的承载力评价317参考文献319第10章非均匀离散的近场动力学模型与自适应分析32210.1近场动力学的空间离散方式与自适应分析32210.2基于Voronoi结构图离散的近场动力学自适应方法32410.2.1均匀/非均匀Voronoi胞元离散32410.2.2键型近场动力学模型中参数的比例关系.32610.2.3对偶双影响域近场动力学模型32710.2.4基于Voronoi结构图的自适应方案32910.3数值算例33110.3.1矩形板的拟静力弹性变形33110.3.2二维弹性波的传播33310.3.3含预制裂纹板的动态裂纹扩展33910.3.4三维马氏体时效钢冲击动力裂纹扩展.34510.4主要结论347参考文献348第11章冲击侵彻与爆炸问题的近场动力学模拟35111.1冲击接触算法与爆炸载荷的计算35111.1.1冲击接触算法35111.1.2爆炸载荷施加方法35211.2准脆性材料的JH-2本构模型35611.2.1JH-2本构关系35611.2.2JH-2本构的更新算法35911.2.3JH-2本构的基准验证36311.3近场动力学的非局部色散特性与霍普金森压杆冲击试验的模拟.36711.3.1键型近场动力学的非局部色散特性36711.3.2分离式霍普金森压杆冲击巴西圆盘的近场动力学模拟37011.4混凝土层裂与多重层裂的近场动力学模拟37311.4.1矩形冲击波作用下混凝土杆的单层层裂模拟37311.4.2三角冲击波作用下混凝土杆的多重层裂模拟37611.5钢筋混凝土板空中爆炸毁伤的近场动力学模拟.38211.5.1问题描述38211.5.2计算结果与分析384参考文献386第12章热传导与热--力耦合问题的近场动力学模拟38812.1热传导问题的近场动力学模型38812.1.1键型近场动力学热传导模型38912.1.2态型近场动力学热传导模型39012.2基于近场动力学微分算子的热传导模型39112.3基于近场动力学微分算子的热–力耦合模型39512.4热传导和热–力耦合问题近场动力学模型的数值计算39812.4.1初始条件与边界条件39812.4.2方程离散与求解39912.4.3损伤区域导热系数的修正40312.5热传导问题近场动力学模型的算例分析40312.5.1一维杆件热传导问题的算例分析40312.5.2二维方板热传导问题的算例分析40512.5.3三维厚板热传导问题的算例分析40812.5.4混凝土试件热传导问题的细观分析41012.6热