基于热耦合近场动力学理论的材料裂纹研究

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近场动力学理论是由silling教授在2000提出的研究固体力学的分子动力学理论,它基于非局部理论思想,打破传统方法利用微分方法求解的局限性,利用积分方法研究材料的破坏过程,避免了用传统经典力学计算过程中在裂纹或裂纹尖端不能进行微分求解时产生的奇异性。基于这一理论思想,本文通过结合热力学相关内容对本构方程进行优化,并设计动态监测系统来对近场动力学模型进行数据采集,最后通过对脆性材料破坏的仿真分析推进其在实际工程中的应用。  本文首先对近场动力学理论及计算方法进行了简单介绍,并以该理论为依据,结合本构方程的三大特点构造含有温度参数的热耦合近场动力学本构方程,并且通过热力学知识,能量守恒定律进行热耦合近场动力学本构方程的推导,对其中的相关参数如物质点的损伤,变形能密度及损伤释放能密度进行定义和推导。并且对原有的计算方法进行优化,利用高斯点积分方法对本构方程进行求解。并通过对含缺陷材料板的仿真实例论证其可行性。  其次,本文通过建立实时监测系统来实现数据采集,为近场动力学理论计算时的初始数据进行模拟仿真计算,并运用C语言编写程序将计算过程简化并将计算结果保存,通过MATLAB进行可视化模拟显示。  最后,本文通过对脆性圆盘的计算实例仿真从模型建立的,数据采集,到编程计算,仿真分析计算过程验证了检测系统的稳定性以及热耦合近场动力学在材料可靠性研究方面的意义。
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