国际系列会议AIAA Scitech 2019--PD报告

美国航天航空学会*（AIAA）举办的国际系列会议AIAA SciTech 2019 Forum在美国加州的圣地亚哥举行。我们来关注其中的五篇近场动力学相关报告。

*美国航天航空学会，（英语：American Institute of Aeronautics and Astronautics，AIAA）设置于美国的航空航天工程专业性协会，1936年设立，前身是成立于20世纪30年代的美国火箭协会。AIAA的使命是推动航空学和航天学领域中科学、技术、工艺的进步，并培养和鼓励那些为此事业而奋斗的人们的专业精神。发展至今，AIAA已经是全球最大的致力于航空、航天、国防领域的科学和技术进步和发展的专业性的非政府、非赢利的学会。

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PD报告摘要一：

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

采用非线性和应变率依赖的近场动力学蒙皮桁条面板弹道极限确定

为了设计与验证受高能动态冲击（HEDI）的飞机主结构需要进行显著性测试。NASA先进复合材料联合中心（ACC）的HEDI项目现阶段的工作旨在寻求复合结构的动态断裂模拟的最新技术。本文讨论了针对NASA ACC项目第二阶段所选择的三种渐进损伤分析方法之一：近场动力学（通过EMU实现）。本文通过盲测以及针对蒙皮桁条板弹道冲击试验的试验-分析相关性结果，提供了对近场动力学理论的简要讨论，包括基体非线性效应、应变率依赖性的影响。

图：NDI（Non-Destructive Inspection）无损检测结果与预测损伤（EMU）之间的相关性

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PD报告摘要二：

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

基于近场动力学与精化锯齿理论的复合材料渐进失效分析

本文对复合材料渐进失效分析进行了研究，通过采用近场动力学微分算子（PDDO）来求解精化锯齿理论（RZT）中的平衡方程，避免了使用刚度退化系数。在RZT的平衡方程推导过程中，材料特性矩阵被认为是空间变化的，不同于一般假设中的均匀变化。这些方程的近场动力学形式能通过移除近场动力学相互作用（键）来表达变形中的渐进失效。同样地，通过移除PD键，刚度退化是自然产生的。数值结果先通过与解析解对比验证了该方法的正确性，然后通过考虑带贯穿厚度裂纹的对称叠合层合板进行了验证。

图：在具有预置裂缝[0/90/0]层合板中的损伤传播

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PD报告摘要三：

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

聚合物基复合材料钻孔过程近场动力学模拟

本文研究了聚合物基层合复合材料中钻孔过程的近场动力学模拟。先是通过考虑简单静力与冲击荷载条件验证了模型，接着进行了瞬态分析来模拟钻孔过程中刚性钻头的运动以及包括分层与材料剥落的损伤模式。这一方法可拓展到考虑不同的钻头类型、各种钻孔参数、一般性铺层、纤维增强复合材料的材料特性。

图：（向上）剥离分层和（向下）推出分层

图：接触模型

图：不同时刻层合板顶部的损伤图（a）t =2.285e-05s（b）t =3.0e-05s和（c）t =3.5e-05s

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PD报告摘要四：

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

石墨烯层起皱的近场动力学模拟

本文提出了含拉伸和弯曲模量的石墨烯层近场动力学模型，并与原子模拟以及实验结果进行了对比。在确定面内与层间键的近场动力学常数之后，近场动力学模型被用于模拟悬于沟槽上的石墨烯层的起皱，并通过对比分子动力学的模拟结果验证了该模型。另外，数值结果也展示了拉伸与热荷载作用下悬于窄沟槽上的石墨烯层的建模过程。近场动力学所预测的起皱性质，即波长与振幅，与实验结果较为吻合。因此，近场动力学理论可以成功用于确定石墨烯层中的极短波长与小振幅。它可用于理解并控制由褶皱石墨烯制成的纳米器件的电子性能。

图：悬于沟槽上的石墨烯层示意图（本图来自于互联网）

图：拉伸载荷作用下沟槽上石墨烯层几何与边界条件

图：拉伸作用下石墨烯层横向位移图: (a) 近场动力学; (b) 分子动力学

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PD报告摘要五：

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

采用热力电近场动力学模型预测含能颗粒的“热点”损伤

损伤性刺激会对含高聚物粘结炸药的弹药产生不利影响，比如运输、处理和工具掉落等引起的低速冲击。已有实验明确证明这样的损伤会导致热点的产形成。在这些材料损伤区中会形成小区域，其温度会显著上升（数百开尔文）。如果没有快速耗散，温度的上升会增加意外爆炸的可能性。此外，虽然损伤是形成热点的原因这一点很明确，但我们对其机理却知之甚少。为解决这些问题，本文建立了基于热力电近场动力学理论的计算模型，并将其用于研究各种类型的损伤是如何导致热点形成的。此外，研究表明，通过添加碳纳米管使聚合物粘合剂功能化，除了应变传感外，还可以检测和评估热点的风险。文章所研究的这种由碳纳米管、聚合物粘合剂、高能颗粒组成的三相混合物，专业名称为纳米复合粘结炸药（NCBXs）。本文提出了一种多功能热力电近场动力学模型，包括压阻应变传感以及一个新的摩擦热模型来分析NCBX材料在冲击荷载条件下的热力电响应。

图：50米/秒冲击速度的情况下 (a) t=0s, (b) t=7.26e-06s, (c) t=1.45e-05s 局部损伤场云图；(d) t=0s, (e) t=7.26e-06s, (f) t=1.45e-05s 局部温度场云图

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感谢同济大学硕士生徐晨参与本文英文摘要的翻译工作！感谢重庆大学博士生张婷参与图文翻译与校核工作！

来源： 近场动力学PD讨论班