摘要: 软物质材料是由高分子聚合物与溶液分子所组成的混合弹性体，在生产生活中随处可见，如花瓣、水果、生物组织器官等。软物质材料具有多种优良特性，在工程上被广泛应用，而软物质器件的断裂破坏威胁着人们的生命财产安全。因此，软材料的断裂失效问题... 展开 软物质材料是由高分子聚合物与溶液分子所组成的混合弹性体，在生产生活中随处可见，如花瓣、水果、生物组织器官等。软物质材料具有多种优良特性，在工程上被广泛应用，而软物质器件的断裂破坏威胁着人们的生命财产安全。因此，软材料的断裂失效问题受到国内外学者的广泛关注。软物质材料的断裂破坏不遵循线弹性、小变形等假设，使用传统方法对软物质的断裂破坏研究受到很大限制。近场动力学理论(Peridynamics,PD)是一种新兴的非局部无网格理论，其控制方程采用积分微分的形式，避免了微分在不连续处没有定义的局限性，非常适合用于软物质材料断裂问题的求解，也可以直接用于软物质材料生长变形问题的求解。因此，本文对软物质力学行为的近场动力学理论算法进行研究，主要内容如下： 第一、基于非常规态近场动力学理论研究了软物质材料的生长变形行为。为了引入生长效应，采用变形梯度乘法分解的假设，将模型的变形梯度乘法分解为生长梯度部分与弹性梯度部分。基于近场动力学理论对变形梯度的定义，通过Neo-Hookean材料的本构关系式与非常规态基近场动力学的本构关系式得到键力密度，采用一种零能模式的控制方法来修正键力密度。通过显式的中心差分法求解运动方程，将结果输出为VTK文件要求的格式。通过对比二维平板的自由生长、二维圆环的约束生长算例的计算结果与有限元方法得到的结果，验证了所提出算法的正确性。此外，还模拟了三维立方体的自由生长与多层薄膜结构的生长变形过程。 第二、基于非常规态近场动力学理论研究了软物质材料的裂纹扩展与断裂行为。基于近场动力学常用的临界伸长率准则，来判断键是否发生断裂，当键的伸长率达到临界值时，键直接断裂。然后，通过发生断裂的键数与总体的键数的比值来表示物质点的损伤值，通过物质点的损伤值来表征宏观裂纹的扩展情况。基于所开发的算法，成功模拟了预置裂纹的二维平板在准静态拉伸载荷作用下裂纹的扩展与断裂破坏过程，在裂纹缓慢扩展的过程中，在裂纹尖端位置观察到应力集中现象发生，随着平板变形的增加，最大应力也在逐渐增加。此外，将生长变形与断裂破坏相结合，成功模拟了考虑生长的二维圆盘的断裂破坏过程，观察了裂纹扩展路径与断裂后模型的生长变形情况。 收起