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大弹性变形收集现象

索志刚的照片

对我们来说,一起收集大弹性变形现象可能很有趣。这些现象将活跃教学,激发研究。作为灵感,这里有两张流体运动的专辑

在教学大弹性变形时(特殊情况注意事项)中,我描述了几种大弹性变形现象。

亲不亲.当被拉时,金属棒就会形成脖子,而橡皮筋则不会。

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。

圆柱形气球的充气.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。随着更多的空气被抽进,气球膨胀的部分就越多。

空化.当一块橡胶受到三轴张力时,当张力达到临界值时,就会形成空腔。

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。

特殊情况注意事项,我也提供了推荐信。

如果你想到一个弹性变形大的现象,请在下面留言。

评论

黄睿的照片

这是个好主意。我们很多人都在这条路上工作。我想在这里补充一点:

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。在下一篇论文中研究了一个模型问题,第二篇带有实验测量的论文即将发表。

1.V. Nayyar, K. Ravi-Chandar,黄锐,超弹性薄片中拉伸引起的应力模式和褶皱.国际固体与结构杂志48,3471-3483(2011)。DOI:10.1016 / j.ijsolstr.2011.09.004

2.黄瑞敏,黄瑞敏,拉伸引起的聚乙烯薄板起皱:实验与模拟。提交。

RH

赵宣和的照片

这是我们非常感兴趣的话题。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。以下是我们近期的一些作品:

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、折叠和共存状态。

2.利用delaminated-buckle不稳定在石墨烯用于石墨烯的可逆弯曲和展开。

3.利用纳米膜中的局部脊不稳定性用于提供可拉伸超疏水涂层和细胞排列动态控制的极高宽高比表面图案。

魏红的照片

很好的倡议,这个有趣的收集机械师。万博体育平台

正如zhiigang在他最初的帖子中所建议的那样,折痕真的是一种独特类型吗
不稳定。不像皱纹,山脊,
或其他类型的表面不稳定的固体,大变形(或
几何非线性,确切地说,是内在的折痕。(自由)表面的自接触
区分皱纹和普通皱纹。
而皱纹开始于小振幅和小应变,折痕是
天生具有有限(或无限)张力。
半无限固体上折痕的理想情况是
自相似的,因此应变剖面是独立的大小
折痕(接触面积)。如果忽视了
受表面能量的影响,这种理想化的情况确实是起皱的
在任何表面上。

对于不可压缩材料,折痕尖端的应变
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。

理想折痕尖端的曲率半径为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
也依赖于表面能。
对于具有显著表面能量的材料(或坚硬的表皮层),
折痕失稳是延迟的,可能发生在起皱之后。具有较大的曲率半径(下面有隧道)
接触面积),这样的折痕通常被称为折叠。这基本上就是无铁的机理
/抗皱面料——也许我们应该称它们为“抗皱面料”?

尽管理想情况(没有表面能)在物理上是不可能的,
它因其数学之美而受到赞赏。
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
其背后的问题是明确的,但具有挑战性。
它本质上是一个非线性特征值问题,有差异
齐次解和分岔之间的非线性(和奇异)。因为它是几何性质的
非线性,任何形式的线性化都注定失败。一个像裂纹尖场一样的奇异解
可能是寻求,但非常困难,因为非线性(由于自接触)。

黄睿的照片

亲爱的魏,

关于折痕不稳定性的有趣想法。我同意折痕不同于皱纹,但我认为两者之间有内在的联系。曹和哈钦森的论文(Proc. R. Soc。A, vol. 468, 94-115, 2012)提供了一些想法。根据我自己的经验,通过线性摄动分析,如果在起皱不稳定开始时存在有限波长,就不会有折痕(开始)。另一方面,如果线性摄动分析在无限短波长(或独立于皱纹波长,如Biot的分析)预测一个临界条件,折痕很可能在起皱之前。下面的论文中考虑了一个双分子层水凝胶的示例问题。

吴振忠,鲍凯乐,黄锐,材料性质随厚度方向变化的水凝胶层的膨胀致表面不稳定性.Int。[j] .固体材料学报(自然科学版),30(2013),344 - 344。DOI:10.1016 / j.ijsolstr.2012.10.022

RH

道格拉斯·P·霍姆斯的照片

你好中国,

折断盘子和贝壳

我想补充的第一个例子是关于板壳的扣曲失稳。与经典的欧拉屈曲不同,快速穿越会导致结构稳定性的整体损失——一旦达到临界阈值,变形就会发生巨大的跳跃。最近,我们与牛津大学的多米尼克·维拉(Dominic Vella)和德里克·莫尔顿(Derek Moulton)合作,讨论了折断板壳的力学和动力学。此外,我们还创造了外壳表面,使其在命令下发生巨大的弹性变形——要么断裂,要么屈曲。

  1. A. Pandey, D. Moulton, D. Vella,和D.P. Holmes,“弹射光束和跳跃poppers的动力学”,arXiv:1310.3703 [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。霍尔姆斯,m。乌尔西尼,a。j。克罗斯比。“皱褶的表面结构”,软物质,4,82,(2008)。[链接

皱纹,折痕,褶皱

皱纹和折痕已经提到了,但我想快速补充一些意见。弹性体的不均匀膨胀会导致表面变形(压痕)或结构变形(弯曲和/或屈曲)。这些巨大的变形是完全可逆的,并可能导致奇怪的行为,例如围绕圆形圆盘的旅行扣波。

  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的过渡”,软物质,9,5524,(2013)。[链接
  2. D.P. Holmes, M. Roche, T. Sinha,和H.A. Stone,“非均匀膨胀对软材料的弯曲和扭转”,软物质,7,5188,(2011)。[链接

除了褶皱,我们研究的轴对称薄板的褶皱到褶皱的转变也是可逆的。这些皱纹在振幅上增长,然后定位成尖锐的褶皱。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,“悬垂薄膜:褶皱到折叠过渡”,物理评论快报,105,038303,(2010)。[链接

欢呼,

——道格拉斯·霍姆斯

索志刚的照片

亲爱的宣和和道格:感谢你们最近工作中的例子。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,他们在这里

蔡盛强的照片

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可能会让你们中的一些人感兴趣。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。凝胶的溶胀程度受反应物(和/或产物)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扩散时间。由于凝胶的大小决定了扩散的时间尺度,凝胶的大变形会极大地改变扩散的时间尺度。可以观察到,在某些初始条件下,化学反应可以引起凝胶中的振荡变形。(化学反应本身完全没有振荡)

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

谢谢盛强你这篇有趣的论文。你的jClub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,感谢你提出这个有趣的话题。

指法不稳定性的研究已经进行了几十年。液体界面或软固体与刚性基体之间的指入不稳定性已被广泛报道。Shull et al.[1]使用半球形探针与软凝胶接触,然后以恒定速度向上拉。他们观察到手指在凝胶体中形成和繁殖。这种不稳定性可以通过注入空气或拉动限制来驱动,在这种情况下,界面被粘合得很好。根据Mahadevan et al.[2]和Saintyves et al.[3]的结果,体指失稳出现在临界应变时,与任何材料参数无关。此外,弹性失稳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断裂之间存在不连续的过渡,这是速率依赖的,并受指尖前方凝胶流动特性的控制。

[1]。K. R. Shull, C. M. Flanigan,和A. J. Crosby,物理评论通讯84,3057(2000)。
[2]。J. S. Biggins, B. Saintyves, Z. Wei, E. Bouchaud和L. Mahadevan,美国国家科学院院刊(2013)。
[3]。B. Saintyves, O. Dauchot,和E. Bouchaud,物理评论快报111,047801(2013)。
[4]。G. Foyart, L. Ramos, S. Mora,和C. Ligoure,软物质9,7775(2013)。

奥斯卡·洛佩兹-帕米斯的照片

感谢志刚发起这个活动!

我们已经研究了一段时间的一个问题是橡胶中的空化。

在某些条件下,橡胶内部可能突然“出现”大的封闭空腔。这种现象被普遍称为空化现象。从本质上讲,它只对应于橡胶固有缺陷的增长(Lopez-Pamies et al., 2011)。这种缺陷可以是各种性质的(例如,聚合物网络的薄弱区域,实际的孔洞,灰尘颗粒)和各种几何形状,长度范围从亚微米到超微米(Gent, 1991)。

我们目前正在研究弹性和断裂性质对空化的作用(Lefèvre等人,2014)。下面的电影展示了根特和林德利(1959年)的一个扑克筹码测试的模拟,这表明——相当出人意料的是——橡胶的弹性特性确实发挥了重要作用。


模拟的筹码

数字

1.Lopez-Pamies, O., Idiart, m.i., Nakamura, T.,2011.弹性固体中的空化:I -缺陷生长理论。固体力学与物理学报59,1464-1487。[链接

2.路透班加罗尔绅士,1991.橡胶中的空化:一个警世故事。橡胶化学与工业技术39(4)。[链接

3.Lefèvre, V., Ravi-Chandar, R., Lopez-Pamies, O,2014.橡胶中的空化:弹性失稳还是断裂判据?在准备。

4.金特,A.N,林德利,P.B,1959.粘接胶筒在张力作用下内部破裂。Proc. 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75,2695 -2706。[链接

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亲爱的奥斯卡:非常感谢你对空化研究的最新进展。你的jClub关于空化的讨论是开始学习这门学科的好地方。

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你好,中国

我还要补充一点:

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

穆林,杜绍尔,李志刚,李志刚。变形引发的模式转换。物理评论,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

这是可以利用的

  • 形成复杂的图案

张玉玉,张松本E. A.,林鹏飞*,杨生*,“基于弹性不稳定性的复杂结构纳米级组装”,纳米工程学报,2008,8 (4),1192-1196

王志刚,王志刚,王志刚,王志刚,王志刚。基于支撑细胞结构的可逆对称破断和手性扩增研究。材料工程,2013;25(24):3380-3385

  • 在有图案的膜中实现颜色切换

李军,沈军,邓军,朱霞,杨山。基于模式变换的周期膜形状记忆效应研究。软物质。2012;8:10322-10328

  • 操纵弹性波的传播

周建平,李建平。周期弹性体结构中声子带隙的机械触发转换。物理评论。2008;77:052105


张俊华,高志勇,Bertoldi K, Boyce MC, Thomas EL。结合模式不稳定性和形状记忆迟滞的声子切换。纳米通讯,2009;9:2113-2119


王鹏,沈俊杰,王晓明。声子晶体的几何非线性和材料非线性对可调谐响应的影响。物理学报(英文版),2013


  • 设计可折叠结构

沈J, Perdigou C,陈尔,Bertoldi K, Reis PM。压力作用下结构弹性壳的屈曲致封装。美国国家科学院学报,2012;109:5978-5983


  • 设计具有特殊机械性能的材料

李志强,李志强,李志强。弹性失稳引起的负泊松比行为。材料工程学报。2010;22:361-366


王志强,王志强,王志强。三维软超材料的泊松比研究。先进材料,2013。

索志刚的照片

感谢您在holely sheet上的精彩工作的更新。我也喜欢阅读关于你在《自然》杂志上工作的新闻特写.这篇文章抓住了“极限力学”年轻群体的激情。

索志刚的照片

这是乔杜里小组最近发表的一篇论文

软弹性凝胶中硬粒子之间的相互作用.当硬粒子被放入极软的凝胶(模量为几帕斯卡)时,这些粒子会在很长的距离内相互作用。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imechanica中附上的关于“有限变形”的幻灯片(包括一般部分和特殊部分),但似乎没有关于非线性膜理论万博manbetx平台的阐述。

另一方面,由介电弹性体组成的壳体或薄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论文吗?

我也是您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课程的一部分。这些笔记现在有四个部分:

希望这个iMechanica线万博manbetx平台程将有助于收集一些现象,以补充最后一部分的笔记。

我还没有看过目前关于贝壳的作品,不知道该推荐什么。

近年来,我们在弹性膜的大变形问题上花费了大量的时间。这里有一篇论文,里面有文献参考。

李铁峰,Christoph Keplinger, Richard Baumgartner, Siegfried Bauer,杨伟,索志刚。介电弹性体在快速不稳定边缘的巨大电压诱导变形.固体力学与物理学报61,611-628(2013)。

你好,

我想学习关于Abacus主题的模拟程序的步骤(分裂霍普金森压杆压缩),有和没有影响温度。该装置在两根长杆之间放置试样,然后用短杆撞击时,产生高应变率冲击。我们的数据收集系统包括一对应变计在每个棒中间。数据被记录并以初始脉冲w表示Ave通过入射棒应变计,当波击中棒的末端时产生的反射脉冲反射回入射棒应变计,最后是一个透射脉冲,这是波通过样品后的剩余部分。在所有情况下,一旦波通过,应变计上的电压读数应归零。然而,有了新的条,信号在波通过一个测量器后仍然存在。
我的版本是6.12
任何人都可以帮助我
问候

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