This study presents a comprehensive theoretical framework to simulate the response of multiscale nonlocal elastic beams. By employing distributed-order (DO) fractional operators with a fourth-order tensor as the strength-function, the framework can accurately capture anisotropic behavior of 2D heterogeneous beams with nonlocal effects localized across multiple scales. Building upon this general continuum theory and on the multiscale character of DO operators, a one-dimensional (1D) multiscale nonlocal Timoshenko model is also presented. This approach enables a significant model-order reduction without compromising the heterogeneous nonlocal description of the material, hence leading to an efficient and accurate multiscale nonlocal modeling approach. Both 1D and 2D approaches are applied to simulate the mechanical responses of nonlocal beams. The direct comparison of numerical simulations produced by either the DO or an integer-order fully-resolved model (used as ground truth) clearly illustrates the ability of the DO formulation to capture the effect of the microstructure on the macroscopic response. The assessment of the computational cost also indicates the superior efficiency of the proposed approach.


翻译:本研究为模拟多尺度非局部弹性束的反应提供了一个全面的理论框架。通过使用分布式分级分级分级操作员(DO)分级分级操作员(四级分级)作为强度功能,该框架可以准确地捕捉到2D多尺度内具有非局部效应的2D多元波束的厌食行为,这些波束具有多种规模的局部效应。在这一总体连续理论和多尺度的多尺度操作员特点的基础上,还提出了一个一维(1D)多尺度非本地的Timoshenko模型。这一方法使得在不损及对材料的多元非本地描述的情况下能够大幅度地减少模型顺序,从而导致一种高效和准确的多尺度非本地模型方法。1D和2D两种方法都用于模拟非本地波束的机械反应。对DOD或整级全解模型(用作地面真相)产生的数字模拟进行直接比较,清楚地表明了DO的配方能够捕捉微结构对宏观分层反应的影响。对计算成本的评估还表明拟议方法的超高效率。

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