黄张聪博士在近场动力学接触方法领域取得进展

近日，中国石油大学（华东）机电工程学院张彦廷教授团队的黄张聪博士在近场动力学（Peridynamics, PD）接触建模领域取得重要进展。团队针对现有近场动力学框架在处理多体接触问题时存在的计算精度低及“非物理穿透”现象，创新提出一种“基于力的近场动力学接触模型及等效接触力计算方法”。该方法显著提升了无摩擦、非粘性接触的计算稳定性，成功抑制了非物理穿透，并建立起了近场动力学与经典接触力学之间的定量映射关系，为复杂多体系统的动力学仿真提供了高精度解决方案。该研究成果以《Novel force-based Peridynamic contact model for enhanced accuracy and non-physical penetration suppression》为题，发表于欧洲力学学会官方期刊、国际固体力学领域权威期刊《European Journal of Mechanics - A/Solids》。该期刊为WOS JCR Q1区期刊，在中科院分区中位列大类2区（力学）。

论文第一作者为机电工程学院张彦廷教授，机电工程学院博士研究生黄张聪为论文第二作者，中国石油大学（华东）为第一署名单位和通讯单位。

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论文主要创新点如下：

（1）提出了基于接触函数的“力边界”接触算法，有效抑制了非物理穿透。

针对传统短程力（SRF）模型在高速冲击或大变形下易发生节点穿透的缺陷，团队通过离散模型的几何分析，揭示了接触力非单调变化的物理根源。在此基础上，引入了多种形式的“接触函数”（Contact Function），在接触界面构建了非线性力边界。该方法在保证大间距接触精度的同时，在近距离处提供足够的排斥刚度，从根本上消除了数值模拟中的非物理穿透现象。

（2）建立了近场动力学“等效接触力”理论模型，打通了与经典接触力学的连接。

近场动力学理论采用“力密度”概念，难以直接与经典力学中的“力（N）”进行对比。本研究推导了等效接触力及接触压力的解析表达式，成功将PD力密度转化为经典接触力。这一突破使得研究人员能够直接利用赫兹接触理论（Hertzian contact theory）或有限元（FEM）结果来评估PD接触模型的准确性，为近场动力学接触算法的标准化评估奠定了理论基础。

（3）系统验证了模型的广义适用性与能量守恒特性。

通过二维/三维、单层/多层接触面以及刚性/弹性体碰撞等多种工况的数值实验，验证了新方法在不同离散程度下的鲁棒性。研究表明，该方法不仅显著降低了接触计算误差，还在无耗散接触过程中保持了良好的能量守恒特性，证明了其在处理复杂多体动力学问题时的可靠性与高效性。