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收集大弹性变形现象

索志刚的照片

我们一起收集大弹性变形的现象可能会很有趣。这些现象将活跃教学,激发研究。作为灵感,这里有两张专辑的流体运动

大弹性变形(特殊情况说明),我描述了几种大弹性变形的现象。

是否接吻?.当被拉动时,金属条形成脖子,而橡皮筋不是。

球形气球的膨胀.当气球充气时,压力-体积曲线不是单调的。因此,当两个相同的气球连接在一起时,一个气球比另一个膨胀得更大。

圆柱形气球的膨胀.当圆柱形气球充气时,气球的一部分先充气,其余部分轻微变形。随着更多的空气被泵入,气球的更多部分被充气。

空化.当一块橡胶受到三轴张力时,当张力达到临界值时形成空腔。

折痕.当一块橡胶被压缩时,当压缩达到临界水平时,表面就会形成折痕。

特殊情况说明,我也提供了推荐信。

如果你想到一个大弹性变形的现象,请在下面留言。

评论

黄睿的照片

这是个好主意。我们中的许多人都在沿着这条路线工作。我想在这里加一条:

拉伸引起的薄膜起皱:当拉薄膜(如塑料食品包装)时,经常会观察到平行的皱纹。下一篇论文研究了一个模型问题,第二篇论文将进行实验测量。

1.V. Nayyar, K. Ravi-Chandar, R. Huang,超弹性薄片中拉伸引起的应力模式和皱纹.岩土工程学报,36(4):481 - 481(2011)。DOI:10.1016 / j.ijsolstr.2011.09.004

2.黄仁杰,张建军,张建军,聚乙烯薄膜拉伸诱导起皱的实验与建模。提交。

RH

赵宣和的画

这是我们非常感兴趣的一个话题。薄膜-衬底体系的力学研究已经进行了几十年。最近,一些研究小组发现,薄膜-衬底系统中的大变形和不稳定性可以导致有趣的现象以及变革性的应用。以下是我们最近的一些作品:

1.相图可以定量预测各种不稳定模式,包括皱、折痕、分层扣、周期双、局部脊、褶皱和状态共存。

2.利用delaminated-buckle不稳定在石墨烯对于可逆的卷曲和展开石墨烯。

3.利用纳米膜的局部脊不稳定性用于高纵横比的表面图案,提供可拉伸的超疏水涂层和细胞排列的动态控制。

魏红的照片

对于机械师来说,这是一个有趣的收藏。万博体育平台

正如志刚在他最初的帖子中建议的那样,折痕真的是一种独特的类型吗
不稳定。不像皱纹,脊,
或其他类型的固体表面不稳定,大变形(或
折痕的几何非线性(确切地说)是固有的。(自由)表面的自接触
区分折痕和普通皱纹。
而皱褶是从小振幅和小应变开始的,皱褶是
天生具有有限(或无限)张力的。
半无限立体上折痕的理想情况是
自相似,因此应变分布是独立于尺寸的
折痕(接触面积)。如果一个人忽略了
在表面能的作用下,这种理想情况下确实是起皱的
在任何表面上。

对于不可压缩材料,折痕尖端处的应变
是有限的。对于可压缩固体,
应变是奇异的。重音,在
另一方面,总是单数。

理想的折痕在尖端的曲率半径为0。在现实中,由于表面的存在
能量,尖端表现出有限的曲率半径,并开始不稳定
也取决于表面能。
对于具有显著表面能(或硬皮层)的材料,
折痕不稳定是延迟的,可能在起皱后发生。有大曲率半径的(下面有隧道)
接触面积),这样的折痕更常被称为折叠。这基本上就是无铁的机理
/抗皱织物——也许我们应该叫它们“抗皱织物”?

虽然理想情况(没有表面能)在物理上是不可能的,
人们欣赏它的数学之美。
到目前为止,还没有有效的方法来严格预测
的不稳定。的数学
背后的问题很清楚,但也很有挑战性。
它基本上是一个非线性特征值问题,不同的是
齐次解与分岔之间的非线性(和奇异)。因为固有的几何性质
非线性,任何形式的线性化都注定要失败。像裂纹尖端场一样的奇异解
可能被寻求,但由于非线性(由于自接触)是非常困难的。

黄睿的照片

亲爱的魏,

关于折痕不稳定性的有趣想法。我同意折痕不同于褶皱,但我认为这两者之间有内在的联系。Cao和Hutchinson的论文(Proc. R. Soc)。A, vol. 468, 94-115, 2012)提供了一些想法。从我自己的经验来看,通过线性摄动分析,如果在起皱不稳定性开始时存在有限波长,则不会有折痕(一开始)。另一方面,如果线性摄动分析预测了无限短波长的临界条件(或与皱折波长无关,如Biot的分析),则皱褶很可能先于皱折。本文考虑了一个双层水凝胶的实例问题。

吴忠,N. Bouklas,黄仁,材料性质随厚度方向变化的水凝胶层的膨胀诱导表面不稳定性.Int。[j] .土木工程学报,2016,38(2):481 - 481。DOI:10.1016 / j.ijsolstr.2012.10.022

RH

道格拉斯·P·福尔摩斯的照片

你好中国,

敲击盘子和贝壳

我想补充的第一个例子是关于板壳的屈曲失稳。与经典的欧拉屈曲不同,断裂会导致整体结构稳定性的丧失——一旦达到临界阈值,就会发生大的变形跳跃。最近,我们与牛津大学的Dominic Vella和Derek Moulton合作,讨论了板壳断裂的力学和动力学。此外,我们还完成了创建外壳表面的工作,这些外壳可以在指令下进行大的弹性变形——要么折断,要么屈曲。

  1. A. Pandey, D. Moulton, D. Vella, D.P. Holmes,“弹跳梁和弹跳梁的动力学”,《中国工程学报》第14卷第1期,第1 - 3页[j]链接
  2. D.P. Holmes和A.J. Crosby,“断裂表面”,先进材料,19,3589,(2007)。(链接
  3. d·p·霍姆斯,m·厄尔西尼和a·j·克罗斯比。“皱巴巴的表面结构”,《软物质》,2008年第4期,82页。(链接

皱纹、折痕和褶皱

皱纹和折痕已经提到了,但我想快速添加一些评论。弹性体的不均匀膨胀可能导致表面变形(压痕)或结构变形(弯曲和/或屈曲)。这些大的变形是完全可逆的,并且可能导致奇怪的行为,例如围绕圆盘的旅行弯曲波。

  1. A. Pandey和D.P. Holmes,“膨胀诱导变形:从宏观到微观变形的材料定义转变,”软物质,9,5524,(2013)。(链接
  2. D.P. Holmes, M. Roche, T. Sinha和H.A. Stone,“软材料非均匀膨胀的弯曲和扭曲”,《软物质》,第7期,5188,(2011)。(链接

除了褶皱外,我们在轴对称薄板中研究的褶皱到褶皱的转变也是可逆的。这些皱纹在振幅上增长,然后局部形成尖锐的褶皱。使用弹性材料,如硅橡胶,一旦卸下负载,尖锐的褶皱就会消失。

  1. D.P. Holmes和A.J. Crosby,“折叠薄膜:从褶皱到折叠过渡”,《物理评论快报》,105,038303,(2010)。(链接

欢呼,

——道格拉斯·福尔摩斯

索志刚的照片

亲爱的宣和和道格:感谢你们两位最近工作中的例子。您领导的两个jClub主题突出了最近对弹性不稳定性感兴趣的一个原因:将不稳定性链接到函数。对于那些错过了这两个主题的人,这里是它们

蔡胜强的照片

亲爱的志刚,谢谢你发起这次讨论。

我们正在研究的一个问题你们可能会感兴趣。在大变形问题中是非常关键的。

这个系统是这样的:化学反应可以在凝胶内部发生。凝胶的膨胀程度受反应物(和/或生成物)浓度的影响。系统中有两个相关的时间尺度:反应时间和不同溶质的扩散时间。由于扩散的时间尺度是由凝胶的大小决定的,因此凝胶的大变形会极大地改变扩散的时间尺度。观察到,在一定的初始条件下,化学反应可引起凝胶的振荡变形。(化学反应本身与社会无关)

这个想法首先是由Boissonade在下面的论文中提出的。

http://prl.aps.org/abstract/PRL/v90/i18/e188302

索志刚的照片

谢谢盛强写的这篇有趣的论文。你的俱乐部关于弹性毛细管的主题还提供了一组大弹性变形的优秀实例。

亲爱的志刚,谢谢你这个有趣的话题。

指法不稳定性已经研究了几十年。在液体界面或软固体与刚性基体之间的指指不稳定性已被广泛报道。Shull等人[1]用半球形探针接触软凝胶,然后匀速向上拉。他们观察到手指在凝胶中形成和扩散。这种不稳定性可以通过注入空气或拉动围篱来驱动,在这种情况下,界面粘接良好。根据Mahadevan et al.[2]和Saintyves et al.[3]的结果,体指指失稳出现在一个临界应变,与任何材料参数无关。此外,弹性不稳定性是可逆的和速率无关的。然而,Foyart等人最近发现,手指不稳定和骨折之间存在不连续的过渡,这与速率有关,并受指尖前方凝胶流动特性的控制。

[1]。K. R. Shull, C. M. Flanigan, A. J. Crosby,物理评论,84,3057(2000)。
[2]。J. S. Biggins, B. Saintyves, Z. Wei, E. Bouchaud, L. Mahadevan,美国国家科学院院刊(2013)。
[3].王晓东,王晓东,王晓东,等。物理学报,33(4):481 - 481(2013)。
[4]。李建军,李建军,李建军,《软物质》第9卷第7期(2013)。

Oscar Lopez-Pamies的照片

感谢志刚的发起!

我们已经研究了一段时间的一个问题是橡胶的空化。

在某些条件下,橡胶内部可能突然“出现”巨大的封闭腔体。这种现象被普遍地称为空化。从本质上讲,它只不过是橡胶固有缺陷的增长(Lopez-Pamies et al., 2011)。这些缺陷可以是各种性质的(例如,聚合物网络的薄弱区域,实际的孔,灰尘颗粒)和从亚微米到超微米长度范围内的各种几何形状(Gent, 1991)。

目前,我们正在研究弹性和断裂特性对空化的影响(lefvre等,2014)。下面的电影显示了Gent和Lindley(1959)的一个扑克牌测试的模拟,说明橡胶的弹性特性确实发挥了重要作用,这是出乎意料的。


模拟的筹码

数字

1.Lopez-Pamies, O., Idiart, m ., Nakamura, T.,2011.弹性固体中的空化:1 -缺陷生长理论。固体力学与物理学报(自然科学版),14(4):564 - 587。(链接

2.路透班加罗尔绅士,1991.橡胶中的空化:一个警世故事。橡胶化学与工艺63,G49-G53。(链接

3.lefvre, V., Ravi-Chandar, R., Lopez-Pamies, O.2014.橡胶中的空化:弹性失稳或断裂准则?在准备。

4.金特,a.n.,林德利,p.b.,1959.粘结胶筒在拉力作用下发生内部断裂。程序R. Soc伦敦A 249, 195-205。(链接

5.Bayraktar, E, Bessri, K, Bathias, C,2008.弹性基复合材料在静载荷条件下的变形行为。Eng。打破。机甲,75号,2695-2706。(链接

索志刚的照片

亲爱的奥斯卡:非常感谢你对空化的最新研究。你们俱乐部关于空化的讨论是开始学习这门学科的好地方。

卡蒂亚·贝托尔迪的照片

你好,中国

我想再补充一句:

多孔结构的不稳定性

通过仔细设计微结构,我们可以触发短波模式

马林涛,陈建军,李建军,等。形变触发的模式变换。物理学报,2007;99:084301


Michel, j.c., Lopez-Pamies, O., Ponte Castañeda, P., Triantafyllidis, N. 2007。有限应变多孔弹性体的微观和宏观不稳定性。固体力学与物理学报,55,900-938

这可以被利用来

  • 形成复杂的图案

张勇,张志强,张志强,林志强*,杨绍平*,“基于弹性不稳定性的单步纳米结构组装”,材料工程学报,2008,33 (4):1192-1196

李建军,李建军,李建军,李建军,李建军,等。基于微孔结构的手性放大研究。材料工程,2013,25(24):3380-3385

  • 实现图案膜的颜色切换

李军,沈军,邓军,Overvelde JTB,朱鑫,Bertoldi K,杨松。基于模式转换和形状记忆效应的周期膜开关。软物质学报。2012;8:10322-10328

  • 操纵弹性波的传播

张建军,李建军。弹性结构中声子带隙的机械触发变换。物理评论。2008;77:052105


张建辉,Koh CY, Bertoldi K, Boyce MC, Thomas EL。结合模式不稳定性和形状记忆迟滞的声子开关。纳米材料学报。2009;9 (9):2113-2119


王平,沈杰,Bertoldi K.几何非线性和材料非线性对声子晶体可调谐响应的影响。中国生物医学工程学报。2013;33 (2):481 - 481


  • 设计可折叠结构

沈军,陈恩仁,陈建军,陈建军。结构弹性壳在压力作用下的屈曲诱导封装。美国国家科学院院刊,2012;109:5978-5983


  • 设计具有特殊机械性能的材料

李建军,李建军,李建军,等。弹性不稳定性下的负泊松比行为。材料工程学报,2010;22:361-366


张建军,张建军,张建军,张建军。三维软超材料负泊松比研究进展。Advanced Materials. 2013。

索志刚的照片

感谢你更新了你的精彩作品。我也很喜欢阅读关于你在《自然》杂志上工作的新闻特写.这篇文章抓住了年轻的“极限力学”群体的兴奋之情。

索志刚的照片

这是这是乔杜里小组最近发表的一篇论文

软弹性凝胶中硬颗粒之间的相互作用.当坚硬的颗粒落入异常柔软的凝胶(模数为几帕斯卡)时,这些颗粒会在很长一段距离内相互作用。几个粒子可以一起跳舞,形成复杂的图案。观看电影下载支持信息

Jing_Yang的照片

你好,索教授

我读了你在力学课上关于“有限变形”的幻灯片(包括一般部分和特殊部分),但似乎没有包括关于非线性膜理论的阐述。万博manbetx平台

另一方面,由介电弹性体组成的壳或膜的有限变形是不可避免的。


你能给我推荐一些关于壳膜有限变形的经典著作吗?

我也是你们2014年秋季博士项目的申请者。

真诚

索志刚的照片

亲爱的jarvisyang:

我关于有限变形的笔记是针对课程的一部分。这些音符现在有四个部分:

希望这个iMechanica的万博manbetx平台帖子能帮助你收集一些现象来补充笔记的最后一部分。

我没有看过目前关于shell的作品,也不知道该推荐什么。

最近我们花了相当多的时间研究弹性膜的大变形。这是一篇论文,它包含了对文献的参考。

李铁峰,Christoph Keplinger, Richard Baumgartner, Siegfried Bauer,杨伟,索志刚。介电弹性体在断通不稳定性边缘附近的巨大电压诱导变形.固体力学与物理学报,31(6):611-628(2013)。

你好,

我想学习关于Abacus(分离式霍普金森压杆压缩)的模拟程序的步骤,该程序在温度和不影响温度的情况下进行,该装置在两根长杆之间放置试样,然后用短杆撞击,从而产生高应变率的影响。我们的数据收集系统由一对沿每个杆的中间应变计组成。记录数据并以初始脉冲w表示Ave通过入射杆应变计,当波到达杆端并反射回入射杆应变计时产生的反射脉冲,最后是透射脉冲,即波通过样品后剩下的脉冲。在所有情况下,一旦波通过,应变片的电压读数应归零。然而,在新的条形图中,信号在波通过一个刻度后仍然存在。
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