美國航天航空學會*（AIAA）舉辦的國際系列會議AIAA SciTech 2019 Forum在美國加州的圣地亞哥舉行。我們來關注其中的五篇近場動力學相關報告。

*美國航天航空學會，（英語：American Institute of Aeronautics and Astronautics，AIAA）設置于美國的航空航天工程專業性協會，1936年設立，前身是成立于20世紀30年代的美國火箭協會。AIAA的使命是推動航空學和航天學領域中科學、技術、工藝的進步，并培養和鼓勵那些為此事業而奮斗的人們的專業精神。發展至今，AIAA已經是全球最大的致力于航空、航天、國防領域的科學和技術進步和發展的專業性的非政府、非贏利的學會。

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PD報告摘要一：

https://arc.aiaa.org/doi/pdf/10.2514/6.2019-2057

采用非線性和應變率依賴的近場動力學蒙皮桁條面板彈道極限確定

為了設計與驗證受高能動態沖擊（HEDI）的飛機主結構需要進行顯著性測試。NASA先進復合材料聯合中心（ACC）的HEDI項目現階段的工作旨在尋求復合結構的動態斷裂模擬的最新技術。本文討論了針對NASA ACC項目第二階段所選擇的三種漸進損傷分析方法之一：近場動力學（通過EMU實現）。本文通過盲測以及針對蒙皮桁條板彈道沖擊試驗的試驗-分析相關性結果，提供了對近場動力學理論的簡要討論，包括基體非線性效應、應變率依賴性的影響。

圖：NDI（Non-Destructive Inspection）無損檢測結果與預測損傷（EMU）之間的相關性

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PD報告摘要二：

https://arc.aiaa.org/doi/pdf/10.2514/6.2019-1039

基于近場動力學與精化鋸齒理論的復合材料漸進失效分析

本文對復合材料漸進失效分析進行了研究，通過采用近場動力學微分算子（PDDO）來求解精化鋸齒理論（RZT）中的平衡方程，避免了使用剛度退化系數。在RZT的平衡方程推導過程中，材料特性矩陣被認為是空間變化的，不同于一般假設中的均勻變化。這些方程的近場動力學形式能通過移除近場動力學相互作用（鍵）來表達變形中的漸進失效。同樣地，通過移除PD鍵，剛度退化是自然產生的。數值結果先通過與解析解對比驗證了該方法的正確性，然后通過考慮帶貫穿厚度裂紋的對稱疊合層合板進行了驗證。

圖：在具有預置裂縫[0/90/0]層合板中的損傷傳播

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PD報告摘要三：

https://arc.aiaa.org/doi/pdf/10.2514/6.2019-1036

聚合物基復合材料鉆孔過程近場動力學模擬

本文研究了聚合物基層合復合材料中鉆孔過程的近場動力學模擬。先是通過考慮簡單靜力與沖擊荷載條件驗證了模型，接著進行了瞬態分析來模擬鉆孔過程中剛性鉆頭的運動以及包括分層與材料剝落的損傷模式。這一方法可拓展到考慮不同的鉆頭類型、各種鉆孔參數、一般性鋪層、纖維增強復合材料的材料特性。

圖：（向上）剝離分層和（向下）推出分層

圖：接觸模型

圖：不同時刻層合板頂部的損傷圖（a）t =2.285e-05s（b）t =3.0e-05s和（c）t =3.5e-05s

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PD報告摘要四：

https://arc.aiaa.org/doi/pdf/10.2514/6.2019-1040

石墨烯層起皺的近場動力學模擬

本文提出了含拉伸和彎曲模量的石墨烯層近場動力學模型，并與原子模擬以及實驗結果進行了對比。在確定面內與層間鍵的近場動力學常數之后，近場動力學模型被用于模擬懸于溝槽上的石墨烯層的起皺，并通過對比分子動力學的模擬結果驗證了該模型。另外，數值結果也展示了拉伸與熱荷載作用下懸于窄溝槽上的石墨烯層的建模過程。近場動力學所預測的起皺性質，即波長與振幅，與實驗結果較為吻合。因此，近場動力學理論可以成功用于確定石墨烯層中的極短波長與小振幅。它可用于理解并控制由褶皺石墨烯制成的納米器件的電子性能。

圖：懸于溝槽上的石墨烯層示意圖（本圖來自于互聯網）

圖：拉伸載荷作用下溝槽上石墨烯層幾何與邊界條件

圖：拉伸作用下石墨烯層橫向位移圖: (a) 近場動力學; (b) 分子動力學

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PD報告摘要五：

https://arc.aiaa.org/doi/pdf/10.2514/6.2019-0962

采用熱力電近場動力學模型預測含能顆粒的“熱點”損傷

損傷性刺激會對含高聚物粘結炸藥的彈藥產生不利影響，比如運輸、處理和工具掉落等引起的低速沖擊。已有實驗明確證明這樣的損傷會導致熱點的產形成。在這些材料損傷區中會形成小區域，其溫度會顯著上升（數百開爾文）。如果沒有快速耗散，溫度的上升會增加意外爆炸的可能性。此外，雖然損傷是形成熱點的原因這一點很明確，但我們對其機理卻知之甚少。為解決這些問題，本文建立了基于熱力電近場動力學理論的計算模型，并將其用于研究各種類型的損傷是如何導致熱點形成的。此外，研究表明，通過添加碳納米管使聚合物粘合劑功能化，除了應變傳感外，還可以檢測和評估熱點的風險。文章所研究的這種由碳納米管、聚合物粘合劑、高能顆粒組成的三相混合物，專業名稱為納米復合粘結炸藥（NCBXs）。本文提出了一種多功能熱力電近場動力學模型，包括壓阻應變傳感以及一個新的摩擦熱模型來分析NCBX材料在沖擊荷載條件下的熱力電響應。

圖：50米/秒沖擊速度的情況下 (a) t=0s, (b) t=7.26e-06s, (c) t=1.45e-05s 局部損傷場云圖；(d) t=0s, (e) t=7.26e-06s, (f) t=1.45e-05s 局部溫度場云圖

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感謝同濟大學碩士生徐晨參與本文英文摘要的翻譯工作！感謝重慶大學博士生張婷參與圖文翻譯與校核工作！

來源： 近場動力學PD討論班