近場動力學——理論、模型與套用

《近場動力學——理論、模型與套用》是2024年科學出版社出版的圖書。

基本介紹

• 中文名：近場動力學——理論、模型與套用
• 出版時間：2024年1月1日
• 出版社：科學出版社
• ISBN：9787030742919

內容簡介

《近場動力學——理論、模型與套用》為“計算力學前沿叢書”之一。《近場動力學——理論、模型與套用》系統地論述了近場動力學的理論基礎、建模方法、數值算法、軟體技術和工程套用。《近場動力學——理論、模型與套用》共13章，包括：緒論、近場動力學的基本理論、鍵型近場動力學模型及其改進、鍵型近場動力學在有限元中的實現、近場動力學的顯式動力學解法、常規態型近場動力學模型、非常規態型近場動力學模型、非常規態型近場動力學模型的改進、近場動力學方法與有限單元法的混合模型、非均勻離散的近場動力學模型與自適應分析、衝擊侵徹與爆炸問題的近場動力學模擬、熱傳導與熱-力耦合問題的近場動力學模擬和混凝土材料與結構破壞的近場動力學建模分析。此外，《近場動力學——理論、模型與套用》還安排了兩個附錄，附錄A介紹了近場動力學微分運算元；附錄B給出了近場動力學的顯式動力學算法FORTRAN源程式。

圖書目錄

叢書序

序

前言

第1章緒論1

1.1引言1

1.2連續介質力學的局部理論與非局部理論3

1.3近場動力學的產生與發展6

1.4近場動力學的理論特點8

1.5近場動力學的研究現狀9

1.5.1固體力學問題9

1.5.2流體力學問題18

1.5.3輸運擴散問題19

1.5.4多物理場耦合問題20

1.5.5近場動力學與其他數值方法的混合建模與多尺度分析25

1.5.6近場動力學相關套用26

1.5.7近場動力學數理基礎30

1.5.8近場動力學程式和軟體研發30

1.6本書的主要內容31

參考文獻35

第2章近場動力學的基本理論58

2.1變形描述58

2.1.1**連續介質力學的變形描述.58

2.1.2近場動力學的變形描述61

2.2受力描述與運動方程64

2.2.1**連續介質力學的受力描述與運動方程64

2.2.2近場動力學的受力描述與運動方程.66

2.3本構模型70

2.3.1鍵型近場動力學的力密度矢量.71

2.3.2常規態型近場動力學的力密度矢量.71

2.3.3非常規態型近場動力學的力密度矢量72

2.4非局部邊界條件73

2.5守恆律的相容性條件75

2.5.1線動量守恆的相容性條件75

2.5.2角動量守恆的相容性條件76

2.5.3能量守恆的相容性條件77

2.6損傷與破壞：斷鍵準則.78

參考文獻81

第3章鍵型近場動力學模型及其改進.83

3.1本構模型及其線性化83

3.1.1鍵力密度函式的構建83

3.1.2鍵力密度函式的線性化86

3.2**微彈脆性模型88

3.2.1鍵力密度函式的具體形式88

3.2.2參數率定90

3.3**微彈脆性模型的改進95

3.3.1考慮長程力空間遞減規律的修正.96

3.3.2考慮邊界效應的修正98

3.4其他鍵型近場動力學模型100

3.4.1微梁模型100

3.4.2共軛鍵模型104

3.4.3另兩種鍵型近場動力學模型簡介111

參考文獻112

第4章鍵型近場動力學在有限元中的實現114

4.1近場動力學強形式方程的桿單元法114

4.1.1基於桿單元離散的計算方法114

4.1.2基於ABAQUS軟體的二次開發118

4.2近場動力學弱形式方程的非連續伽遼金有限元法121

4.2.1**連續介質力學微分方程的弱形式.121

4.2.2近場動力學積分方程的弱形式123

4.2.3空間離散與矩陣裝配124

4.3鍵型近場動力學非連續伽遼金有限元法在LS-DYNA軟體中的實現128

4.4數值算例分析131

4.4.1基於自編程式的近場動力學桿單元法算例131

4.4.2基於ABAQUS二次開發的近場動力學桿單元法算例132

4.4.3基於近場動力學非連續伽遼金有限元法的算例134

4.4.4基於LS-DYNA的混凝土板爆炸衝擊毀傷模擬135

參考文獻137

第5章近場動力學的顯式動力學解法140

5.1控制方程的空間離散.140

5.2時間離散與逐步積分法142

5.2.1時間差分格式142

5.2.2顯式逐步積分法的穩定性條件143

5.3顯式擬靜力方法145

5.4程式設計框架與計算流程146

5.5數值算例147

5.5.1一維桿的彈性波傳播148

5.5.2二維簡支梁的彈性變形149

5.5.3三維馬氏體時效鋼衝擊動力裂紋擴展.150

5.5.4混凝土板的衝擊侵徹破壞152

5.6近場動力學開源軟體PDLAMMPS.155

5.6.1PDLAMMPS軟體概述155

5.6.2安裝與配置156

5.6.3腳本檔案示例與套用156

參考文獻160

第6章常規態型近場動力學模型162

6.1常規態型近場動力學彈性模型.162

6.1.1基本變數說明162

6.1.2彈性本構模型的建立過程165

6.2常規態型近場動力學彈塑性模型170

6.2.1彈塑性本構模型的一般形式170

6.2.2屈服函式與塑性流動法則171

6.2.3一致性條件與塑性乘子173

6.2.4材料強度參數的確定174

6.2.5回映算法流程176

6.3數值算例177

6.3.1含預製中心圓孔板的彈性變形177

6.3.2隨機多孔脆性環氧板的拉伸開裂179

6.3.3方板的加卸載彈塑性回響180

參考文獻182

第7章非常規態型近場動力學模型184

7.1非常規態型近場動力學建模方法184

7.1.1建模流程與基本方程184

7.1.2基本方程的離散187

7.2線性問題的隱式求解方法188

7.2.1線彈性小變形問題的求解方程188

7.2.2物質點勁度係數矩陣的構造190

7.3非線性問題的隱式求解方法194

7.4數值不穩定性分析與穩定控制方法197

7.4.1數值不穩定性的影響因素分析198

7.4.2穩定控制的計算策略201

7.4.3穩定控制計算策略的數值驗證202

7.5晶體彈塑性變形與動態斷裂的非常規態型近場動力學方法209

7.5.1單晶體彈塑性本構模型209

7.5.2塑性剪下變形增量與變形梯度張量更新.211

7.5.3晶體塑性本構的切線模量214

7.5.4平面多晶體彈塑性靜力變形的算例分析.216

7.5.5平面多晶體彈塑性裂紋擴展的算例分析.220

參考文獻225

第8章非常規態型近場動力學模型的改進228

8.1幾種無格線法與非常規態型近場動力學方法的對比228

8.1.1光滑粒子流體動力學方法及其修正228

8.1.2再生核質點法和梯度再生核質點法233

8.1.3非常規態型近場動力學模型237

8.1.4幾種無格線法與非常規態型近場動力學方法的對比238

8.2高階非常規態型近場動力學模型240

8.2.1高階非局部變形梯度和力密度矢量狀態.240

8.2.2線性隱式解法242

8.2.3非線性隱式解法247

8.2.4高階非局部變形梯度的精度驗證248

8.2.5彈性桿拉伸變形的算例分析250

8.2.6矩形板拉伸變形的算例分析254

8.3鍵關聯高階非常規態型近場動力學模型257

8.3.1鍵關聯的非局部變形梯度257

8.3.2鍵關聯的力密度矢量狀態和運動方程.259

8.3.3線性隱式靜力解法260

8.3.4矩形板拉伸變形的算例分析262

8.3.5三維桿軸壓變形的算例分析265

8.3.6三維桿中準一維彈性波傳播的算例分析.270

8.4一個新的非常規態型近場動力學模型272

8.4.1基於近場動力學微分運算元重構原非常規態型近場動力學模型272

8.4.2基於近場動力學微分運算元構建新的非常規態型近場動力學模型276

8.4.3新的非常規態型近場動力學模型的隱式–顯式混合解法279

8.4.4矩形板拉伸變形的算例分析283

8.4.5含線裂紋矩形板拉伸變形的算例分析.285

8.4.6含孔板拉伸變形的算例分析286

8.4.7含孔板裂紋擴展的算例分析290

參考文獻292

第9章近場動力學方法與有限單元法的混合模型295

9.1近場動力學與有限元混合建模的幾種方法295

9.1.1力耦合方法與鑲嵌單元技術296

9.1.2位移協調約束與位移結合法296

9.1.3力分解法297

9.1.4混合函式方法298

9.1.5子模型方法298

9.2新的近場動力學與有限元混合模型299

9.2.1重疊模型與接觸模型299

9.2.2重疊模型的定量分析302

9.2.3接觸模型的定量分析304

9.3數值算例305

9.3.1懸臂樑在端部受集中力作用305

9.3.2簡支梁在跨中受集中力作用306

9.3.3含I型裂紋板的裂紋擴展分析307

9.3.4含I-II複合型裂紋板的裂紋擴展分析309

9.3.5多裂紋擴展分析311

9.3.6含切口三點彎*梁的裂紋擴展分析313

9.4近場動力學有限元混合模型在重力壩穩定性分析中的套用315

9.4.1典型重力壩的變形計算和分析315

9.4.2典型重力壩的承載力評價317

參考文獻319

第10章非均勻離散的近場動力學模型與自適應分析322

10.1近場動力學的空間離散方式與自適應分析322

10.2基於Voronoi結構圖離散的近場動力學自適應方法324

10.2.1均勻/非均勻Voronoi胞元離散324

10.2.2鍵型近場動力學模型中參數的比例關係.326

10.2.3對偶雙影響域近場動力學模型327

10.2.4基於Voronoi結構圖的自適應方案329

10.3數值算例331

10.3.1矩形板的擬靜力彈性變形331

10.3.2二維彈性波的傳播333

10.3.3含預製裂紋板的動態裂紋擴展339

10.3.4三維馬氏體時效鋼衝擊動力裂紋擴展.345

10.4主要結論347

參考文獻348

第11章衝擊侵徹與爆炸問題的近場動力學模擬351

11.1衝擊接觸算法與爆炸載荷的計算351

11.1.1衝擊接觸算法351

11.1.2爆炸載荷施加方法352

11.2準脆性材料的JH-2本構模型356

11.2.1JH-2本構關係356

11.2.2JH-2本構的更新算法359

11.2.3JH-2本構的基準驗證363

11.3近場動力學的非局部色散特性與霍普金森壓桿衝擊試驗的模擬.367

11.3.1鍵型近場動力學的非局部色散特性367

11.3.2分離式霍普金森壓桿衝擊巴西圓盤的近場動力學模擬370

11.4混凝土層裂與多重層裂的近場動力學模擬373

11.4.1矩形衝擊波作用下混凝土桿的單層層裂模擬373

11.4.2三角衝擊波作用下混凝土桿的多重層裂模擬376

11.5鋼筋混凝土板空中爆炸毀傷的近場動力學模擬.382

11.5.1問題描述382

11.5.2計算結果與分析384

參考文獻386

第12章熱傳導與熱--力耦合問題的近場動力學模擬388

12.1熱傳導問題的近場動力學模型388

12.1.1鍵型近場動力學熱傳導模型389

12.1.2態型近場動力學熱傳導模型390

12.2基於近場動力學微分運算元的熱傳導模型391

12.3基於近場動力學微分運算元的熱–力耦合模型395

12.4熱傳導和熱–力耦合問題近場動力學模型的數值計算398

12.4.1初始條件與邊界條件398

12.4.2方程離散與求解399

12.4.3損傷區域導熱係數的修正403

12.5熱傳導問題近場動力學模型的算例分析403

12.5.1一維桿件熱傳導問題的算例分析403

12.5.2二維方板熱傳導問題的算例分析405

12.5.3三維厚板熱傳導問題的算例分析408

12.5.4混凝土試件熱傳導問題的細觀分析410

……