结构陶瓷具有强度高、比刚度好的特点,使得结构陶瓷不仅在现代工业发展中占据重要地位,也在国防建设和军事科学领域具有重要的应用价值和战略意义。在这些应用的典型工况中,陶瓷材料通常会承受高速弹道冲击,并将伴有剧烈的变形与高应变率状态。在对这些高速冲击过程的材料进行数值模拟时,对损伤与破坏及裂纹之间的复杂相互作用进行准确描述对整个数值研究的准确性至关重要。传统有限元法在处理这类问题时,常面临着网格畸变与质量损失等缺点,需要采用粒子转换技术来克服。

本文中,采用基于态的近场动力学理论对脆性材料的损伤与破坏进行了重新建模,建立了脆性材料的近场动力学数值模型。首先,我们回顾了经典的近场动力学理论与控制方程;接着,通过矩量法并结合柯西-波恩准则,利用经典Johnson-Holmquist连续介质力学本构方程,考虑应变率、膨胀效应,损伤与破坏对材料强度的影响。此外,在本文中,损伤不仅与材料自身的塑形应变累积有关,还与近场动力学粒子点的键断裂有关。该模型使用了与文献[6]中相同的方法进行了验证。结果表明,近场动力学陶瓷模型是准确有效的。最后,本文基于该模型验算了几个算例,结果显示,近场动力学数值解与实验值吻合完好。