广义微极近场动力学模型及三维断裂行为模拟

来源：同济大学学报·自然科学版杂志2022年第4期北京时间：

作者：陈希卓，禹海涛，朱建波，刘建锋

单位：1.同济大学 土木工程学院，上海 200092;2.四川大学 深地科学与工程教育部重点实验室， 四川 成都 610065;3.同济大学 土木工程防灾国家重点实验室，上海 200092;4.深圳大学 土木与交通工程学院，广东 深圳 518061

摘要：固体断裂破坏是一类非常复杂的现象，一直以来都是工程学科的经典难题。针对准脆性材料的三维断裂问题，提出一种广义微极近场动力学（GMPD）模型。首先，采用Timoshenko梁模拟物质点间的相互作用并建立了相应的控制方程，充分考虑三维条件下键的轴向变形、切向变形和相对转角；其次，引入分别对应键拉伸、剪切和转动刚度的键参数，保证复杂加载条件下近场动力学和传统连续介质力学的能量一致性；同时提出基于能量的新型断裂准则，推导出键轴向变形、切向变形以及相对转角的临界值，可以实现准脆性材料的破坏过程模拟；最后基于所提出的GMPD模型，对轴向压缩条件下准脆性材料的三维断裂过程进行模拟，通过将分析结果与试验结果进行对比，有效验证了本模型的正确性和精度，可以准确描述复杂加载条件下翼型裂纹、反翼型裂纹和次生裂纹等不同类型裂纹的萌生和扩展过程。

关键词：广义微极近场动力学,准脆性材料,三维断裂,裂纹扩展,数值仿真

基金资助：深地科学与工程教育部重点实验室（四川大学）开放基金（DESE202202）；国家自然科学基金（41922059， 42177134）；中央高校基本科研业务费专项资金