固体材料和结构的破坏分析是力学研究的经典难题，也是装备制造、航空航天、土木水利等领域的共性问题。由于固体材料和结构在破坏时必然会产生各种复杂的变形不连续特征，而传统连续介质力学理论及其相应的数值方法又要始终满足连续性条件以求解空间微分方程，这种根本性矛盾导致传统数值方法并不能很好地描述固体材料和结构复杂的损伤累积、宏观裂纹萌生与扩展、局部断裂乃至整体失稳的渐进破坏过程。此外，传统连续介质力学理论采用的局部接触作用假定，无法反映诸如裂尖断裂过程区的非局部效应。
▲ 经典连续介质力学和近场动力学的
粒子间相互作用示意图
近场动力学(Peridynamics, PD) 是一种积分型非局部连续介质力学理论，其将研究对象离散为大量包含所有物性信息的物质点，考虑近场范围内物质点间的非局部效应和长程相互作用进行建模。近场动力学积分型控制方程取代了传统连续介质力学的偏微分型控制方程，避免了裂纹等不连续处空间导数不存在而导致的奇异性，并通过“键” 的断开和累积描述损伤与开裂，不需要预设裂纹路径，裂纹不受连续性和网格约束，可以自然萌生和扩展，适用于求解材料与结构非连续和非局部变形破坏问题。
近场动力学自2000 年问世以来，备受数学、力学、物理和工程界的关注，已形成了较为完善的数学力学理论体系和数值计算方法，在宏、细、微观各个尺度的材料和结构的静动力变形和非连续力学问题中得到了广泛应用，并逐渐拓展至扩散问题、多物理场耦合问题、流体力学问题等研究领域，目前已成为国际计算力学界的研究热点和前沿课题之一。
▲ 模拟得到的SHPB 冲击混凝土巴西圆盘
的渐进破坏过程(v = 10m/s)
（第11 章 冲击侵彻与爆炸问题的近场动力学模拟）
河海大学章青教授长期从事水利水电工程和重大基础设施的工程力学研究，在服务于国家重大工程的同时，十分关注计算力学和近场动力学。他在非线性问题有限元法、加权残值法、界面元法、扩展有限元法和自然单元法等方面做出了出色成果，并将上述方法应用于工程实践。他参与解决了三峡、南水北调、向家坝、白鹤滩和江阴长江大桥、润扬长江大桥等多个重大工程的计算难题。2008 年，章青教授与合作者将近场动力学引入国内，围绕着理论模型、建模技术、计算体系、软件实现和工程应用，持续开展了系统深入的研究；同时组织了多次关于近场动力学的研讨会，吸引了国内外众多学者投身于近场动力学的研究。
我与章青教授相识多年，受邀在他发起成立的“近场动力学与非局部理论国际研究中心”担任科学委员会主席。得知他与顾鑫博士的新著《近场动力学——理论、模型与应用》即将付梓，很是欣喜，这是中国学者的第一本全面系统反映近场动力学研究成果的专著。
该书系统地论述了近场动力学的理论基础、建模方法、数值算法、软件技术和工程应用，汇集了作者有关近场动力学的重要研究和应用成果。该书内容丰富，其特色是理论和应用相结合，书中通过算例详细阐述了近场动力学的实现方法、现有的开源代码，以及如何基于商用软件进行二次开发；还提供了FORTRAN 源程序及其注释；这些都为读者深入理解近场动力学理论、模型、算法和应用提供了借鉴，是从事计算数学、计算力学及工程模拟仿真的研究人员、教师、研究生值得认真一读的专著。
崔俊芝
中国工程院院士
中国科学院数学与系统科学院研究员
《近场动力学：理论、模型与应用》（章青, 顾鑫著. 北京：科学出版社，2024.1）作者课题组在国内最早开展近场动力学的研究，得到了多个国家自然科学基金项目和国家重点研发计划课题的资助，在近场动力学理论模型、计算体系、程序实现和工程应用等方面取得了较为丰硕的成果。本书是作者十余年来在近场动力学领域的主要研究成果的汇集。共13 章，包括：
绪论
近场动力学的基本理论
键型近场动力学模型及其改进
键型近场动力学在有限元中的实现
近场动力学的显式动力学解法
常规态型近场动力学模型
非常规态型近场动力学模型
非常规态型近场动力学模型的改进
近场动力学方法与有限单元法的混合模型
非均匀离散的近场动力学模型与自适应分析
冲击侵彻与爆炸问题的近场动力学模拟
热传导与热–力耦合问题的近场动力学模拟
混凝土材料与结构破坏的近场动力学建模分析。
此外，本书还安排了两个附录:
附录A 介绍了与本书有关的近场动力学微分算子；
附录B给出了近场动力学的显式动力学算法FORTRAN 源程序，并包含必要的注释和输入数据文件的说明，以便于读者更好地理解近场动力学理论和方法以及开展近场动力学相关问题的研究。
本书的研究工作得到了国家重点基础研究发展计划课题(2018YFC0406703、2017YFC1502603)、国家自然科学基金重点项目(11932006、U1934206)、国家自然科学基金面上项目(11672101、11372099、51179064、12172121)、国家自然科学基金青年科学基金项目(12002118)、江苏省自然科学基金面上项目(BK20151493)、河海大学中央高校基本科研业务费项目(B210201031、B200202231) 的支持。
本文摘编自《近场动力学：理论、模型与应用》（章青, 顾鑫著. 北京：科学出版社，2024.1）一书“前言”“序”，有删减修改，标题为编者所加。
(计算力学前沿丛书)
ISBN 978-7-03-074291-9
责任编辑: 赵敬伟 赵 颖
本书为“计算力学前沿丛书”之一。全书系统地论述了近场动力学的理论基础、建模方法、数值算法、软件技术和工程应用。
本书可作为力学、土木、水利、交通、材料、航空航天、机械和能源等专业的研究生参考用书，亦可供从事损伤断裂力学、计算力学及工程模拟仿真的科技工作者参考和应用。
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（本文编辑：刘四旦）
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