Elastic moduli renormalization in self interacting stretchable polyelectrolytes
研究了链段间相互作用对具有有限拉伸模量的半柔性高分子链的有效弯曲模量和有效拉伸模量的影响。对于屏蔽Debye-H”uckel型相互作用势，在与著名的弯曲模量的Odijk-Skolnick-Fixman结果相同的近似水平上，导出了拉伸模量的重整化.介观段间相互作用势的存在下，耦合的弯曲和拉伸模量的方式不同于由宏观弹性理论预测。我们主张从根本上改变的角度来看，依赖于一个灵活的弹性模量的离子条件：拉伸性。不仅是持久性长度以及拉伸模量依赖于溶液中的盐的条件下，它们从根本上耦合通过介观intersegment相互作用势。这里提出的理论与最近的DNA弯曲和拉伸实验相比毫不逊色。
2000-04-10 cond-mat.soft
Coupling between denaturation and chain conformations in DNA: stretching, bending, torsion and finite size effects
我们进一步开发了耦合DNA中的变性和链构象的统计模型（Palmeri J，Manghi M和Destainville N 2007 Phys. Rev. Lett. 99 088103）。我们的离散螺旋蠕虫链模型明确考虑了三个弹性自由度，即聚合物的拉伸，弯曲和扭转。通过整合这些外部变量，构象熵有助于气泡成核（碱基对的打开），这揭示了DNA解链机制。由于单体长度、弯曲模量和扭转模量的值在dsDNA和ssDNA中显著不同，因此这些效应是重要的。此外，我们探讨在这种情况下，一个额外的循环熵的作用和分析有限尺寸的影响，在实验的情况下，polydA-polydT是由两个G-C链，以及自由聚合物夹紧。
2008-09-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Echinocyte Shapes: Bending, Stretching and Shear Determine Spicule Shape and Spacing
我们用连续介质力学研究了人体红细胞的形状。特别是，我们模型的圆齿状，棘状突起的形状，并显示它们如何可能会出现从质膜的弯曲能量和膜骨架的拉伸/剪切弹性能量之间的竞争。在早期的工作相比，我们精确地计算骨针形状的连续介质力学方程求解适当的边界条件。这种竞争的一个简单的缩放分析揭示了一个弹性的长度设置的长度尺度的针状体，因此，有关的针状体的数量实验观察到的完全发达的棘细胞。
2001-08-27 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio
A blend of stretching and bending in nematic polymer networks
向列型聚合物网络是（热和光）可活化的材料，其结合了橡胶和液晶的特征。当只有一个薄片的拉伸能量的聚合物网络被最小化，固有的（高斯）曲率的形状时，它采取（热或光）驱动被确定。不幸的是，这产生了许多可能的形状，为此我们需要一个选择标准，该标准只能由取决于变形形状的非本征曲率的校正弯曲能量来提供。到目前为止，文献提供了近似的校正取决于平均曲率。本文从三维高分子弹性体的新经典能量出发，导出了高分子网状薄片的适当弯曲能。这项任务是通过一个基于修改后的基尔霍夫-洛夫假设，它经受住了更复杂的分析工具的批评降维。结果是表面弹性自由能量密度，其中拉伸和弯曲混合在一起;它们可以是或可以不是长度分离的，并且应该一起最小化。变形形状的非本征曲率不仅通过平均曲率表征弯曲能，而且还通过主曲率方向坐标系中指向矢的相对取向表征弯曲能。
2020-08-04 cond-mat.soft math-ph math.MP
Isogeometric Analysis of Elastic Sheets Exhibiting Combined Bending and Stretching using Dynamic Relaxation
薄壳是一种普遍存在的薄壳结构，它可以承受大的非线性弹性形变，同时表现出弯曲和拉伸的组合模态，具有广泛的现代应用。本文基于经典的Koiter非线性壳理论，提出了一种新的等几何公式，用于研究薄壳的屈曲和失稳问题。使用NURBS基提供了无旋转的、一致的、高阶空间连续性，使得曲率和膜应变可以直接从控制点的位置向量的插值计算。构造了一个伪耗散离散动力系统，用动力松弛法（DR）求出了系统的静力平衡解。一个高性能的计算为基础的DR的实现，并提出了制定基准对几个现有的数值，和实验结果。这种提法的优点，在传统的有限元方法，在评估结构响应的外壳。
2022-06-21 cond-mat.soft cs.NA math.NA
Stretching An Anisotropic DNA
我们提出了一个微扰理论，以找到一个各向异性的DNA的外部张力的响应。结果表明，各向异性有一个非零，但很小的贡献力的延伸曲线的DNA。因此，各向异性DNA的行为类似于各向同性DNA，其有效弯曲常数等于其软弯曲常数和硬弯曲常数的调和平均。
2008-02-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
On Stretching, Bending, Shearing and Twisting of Actin Filaments II: Multi-Resolution Modelling
我们提出了一个多分辨率的方法来模拟F-肌动蛋白丝。它提供了详细的微观信息，在一个较低的计算成本，在单个单体的水平上，通过由一个基于杆的宏观模型取代部分模拟长丝的基于单体的模型。在基于单体的描述中，G-肌动蛋白由以双螺旋构型结合在表面以形成F-肌动蛋白的椭圆体表示。基于杆的模型更粗糙，其中使用Cosserat模型描述F-肌动蛋白，如前一篇论文所示[arXiv：2112.01480]。使用三个案例研究，旨在测试拉伸，弯曲，剪切和扭曲下的F-肌动蛋白的性能的多分辨率方法进行说明。该方法特别适用于长丝经受弯曲变形的情况。我们调查的限制，使用标准的Cosserat模型捕捉完整的扭转行为的F-肌动蛋白，提出其扩展，占曲率依赖的刚性和扭曲拉伸耦合，以提高整体多分辨率方案的准确性。
2022-03-02 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
On Stretching, Bending, Shearing and Twisting of Actin Filaments I: Variational Models
肌动球蛋白网络的机械化学模拟传统上是基于具有零宽度的肌动蛋白丝的一维模型。在这里，并在后续文件中，方法提出了更有效的建模，其中包括拉伸，弯曲，剪切和扭曲的肌动蛋白丝。我们的建模的半柔性长丝与一个小的，但有限的宽度是基于Cosserat理论的弹性杆，它允许在每一个点上的长丝的骨干六个自由度。在本文提出的变分模型中，一个小的和离散的参数集被用来描述一个光滑的长丝形状具有所有的自由度允许在Cosserat理论。介绍了两种主要的方法：一种是多项式样条函数描述的灯丝的配置，和一个在配置自由度的空间中的测地线曲线。我们发现，在后一种表示的应变能函数可以计算，而不诉诸一个小角度的扩展，所以它可以描述任意大的细丝变形没有系统误差。这些方法通过Cosserat细丝的动力学模型进行了验证，该模型可以通过使用多分辨率方法进一步扩展，以允许在肌动蛋白细丝的某些部分进行更详细的基于单体的分辨率，如后续论文中所介绍的。所提出的框架示出了如何扭转遵守在有限宽度的长丝可以诱导破手征对称性的交联束的结构。
2022-04-01 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Flexibility of short DNA helices under mechanical stretching
本文用哈密顿模型研究了DNA短片段的柔性，该模型在碱基对水平上考虑了链间和链内力。通过计算分子轴上相邻碱基对之间的平均弯曲角，得到了一组均匀螺旋对外力的弹性响应。系综平均进行了超过室温平衡分布的碱基对分离和弯曲波动。的端到端的距离和持久性长度的分析表明，即使是短序列小于$100$碱基对保持一个显着的bendability归因于热波动的影响和扭结与大的弯曲角度。离散模型和蠕虫状链模型的结果之间的差异进行检查，指出后者的不足之处短长度尺度。
2016-06-11 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Filamentous Active Matter: Band Formation, Bending, Buckling, and Defects
通过基于组件的计算机模拟，研究极性丝体与分子马达的微观相互作用如何驱动自组织，揭示了活性极性向列相的形成与屈曲型不稳定性机制，并预测了活性扩散系数和域尺寸的标度律，为理解胞质流动和设计新型活性材料提供了微观基础。
2019-02-21 cond-mat.soft
Effective Medium Theory of Filamentous Triangular Lattice
我们提出了一个有效的介质理论，包括弯曲以及拉伸力，我们用它来计算一个稀释的丝状三角形晶格的机械响应。在这个晶格中，键是中心力弹簧，并且在同一细丝上的相邻键之间存在弯曲力。我们研究了稀释晶格中的每个键存在的概率为$p$。我们发现一个刚性阈值$p_b$，它具有相同的值为所有积极的弯曲刚度和交叉表征弯曲，拉伸，弯曲-拉伸耦合弹性制度控制的中心力刚性渗透点在$p_{\textrm{CF}} \simeq 2/3$的晶格时，纤维弯曲刚度消失。
2013-01-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft physics.bio-ph
Statistical mechanics of thermal fluctuations of nearly spherical membranes: the influence of bending and stretching elasticities
近球形囊泡和微乳液液滴的理论研究，目前的热激发系统，受到限制的典型例子，进行了审查。我们考虑了固定面积$A$和固定体积$V$约束下的此类系统的形状涨落，其几何形状用标量球谐函数表示。这些约束可以以不同的方式纳入理论。在对两种方法进行介绍性回顾之后：用δ功能膜区$A$精确固定[Seifert，Z. Phys. B，97，299，（1995）]或近似地通过与$A$共轭的拉格朗日乘子$σ$ [Milner和Safran，Phys. Rev. A，36，4371（1987）]，我们讨论了拉伸效应的确定作用，这已经在包含拉伸能量项的模型的框架中宣布，通过膜囊泡张力表达[Bivas and Tonchev，Phys.Rev.E，100，022416（2019）]。由于所用哈密顿量的涨落谱不是精确可解的，因此发展了一种基于自由能的Bogoliubov不等式的近似方法。最后一种方法中的面积约束表现为膜张力的自洽方程。在一般情况下，这个方程在解析上是难解的。然而，可以通过对模型参数的值施加一些限制或研究极限情况来深入了解背后的物理学，在极限情况下求解自洽方程。合奏的等效性的影响进行了讨论。
2020-09-19 cond-mat.soft
Structure and dynamics of a self-propelled semiflexible filament
我们使用粗粒度的布朗动力学模拟研究了自推进细丝的结构和动力学性质。沿着键矢量施加自推进力，即，与灯丝相切，它们的位置以两种不同的方式考虑。在第一种情况下，力被施加到细丝的所有珠上，这被称为均匀自推进。在这里，我们得到了一个单调减少的灵活性与佩克莱数的细丝。因此，回转半径也显示出相同的趋势。此外，纤维的回转半径对各种弯曲刚度和弯曲数具有普遍的依赖性。纤维的有效扩散系数随作用力的增大而增大，并随作用力和弯曲刚度的增大而线性增大。在第二种情况下，自推进力只施加在少数键矢量上。以周期性的方式选择作用力的位置，从灯丝的尾部开始，离开前端而不施加力。在这种情况下，细丝获得各种结构，例如棒状、螺旋状、圆形和折叠状态。从几个状态的过渡被理解的切线-切线相关性，弯曲能和扭转序参量。螺旋状态通过切线-切线相关的指数到振荡行为的交叉来识别。弯曲能的突然增加将螺旋状态分离为丝状体的折叠状态。
2019-02-13 cond-mat.soft
Buckling of elastic filaments by discrete magnetic moments
我们研究了一个理想化的半柔性细丝的屈曲，沿其轮廓放置磁矩。{We给出了磁压缩引起的灯丝临界刚度的解析表达式。为此，我们考虑各种方案的磁性粒子的灯丝的附件。这种模型的一个可能的应用是趋磁细菌的磁小体链。临界抗弯刚度的估计值表明，屈曲可能发生在生物学相关参数范围内，并表明细丝抗弯刚度在稳定细丝抗屈曲方面的作用，这将损害所用细丝抗弯刚度的功能相关性。
2017-10-03 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.class-ph
Elastocapillary self-folding: buckling, wrinkling and collapse of floating filaments
当柔性细丝被限制到流体界面时，毛细吸引力、弯曲阻力和来自外部源的张力之间的平衡可导致自屈曲不稳定性。我们进行了分析，这种不稳定性，并提供了分析公式，比较有利的详细数值计算的结果。长丝的稳定性和长时间动力学由一个单一的无量纲elastocapillary数量化毛细管弯曲应力之间的比率。复杂的、折叠的细丝构型，例如环、针和球拍形状，可以在更长的时间内达到，并且长的细丝可以经历级联的自折叠事件。
2012-09-10 cond-mat.soft
Wrapping an adhesive sphere with a sheet
本文研究了弹性薄板在刚性球形基底上的粘附问题。高斯的Egregium定理表明，这种操作必然会产生度量失真（即拉伸）以及弯曲。结果，观察到从简单圆盘到复杂分支形状的各种接触图案，这些接触图案是几何和材料特性的函数。我们将这些不同的形态描述为两个无量纲参数的函数，分别比较弯曲和拉伸能量与粘附力。最后给出了一个完整的配置图。
2011-03-25 cond-mat.soft
Designing optimal elastic filaments for viscous propulsion
本文通过泛函优化和伴随变分法推导出弹性细丝沿长度方向的最优弯曲刚度分布，以最大化粘性推进力，发现最优设计为基部硬、远端软，为人工微游泳器设计提供理论指导。
2025-04-03 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Mesoscopic models for DNA stretching under force: new results and comparison to experiments
B-DNA拉伸的单分子实验已经揭示了当增加外力时，一个或两个结构转变。它们的特征是DNA轮廓长度突然增加，弯曲刚度下降。有人提出，在60- 80 pN的力下，第一个转变是从B到S-DNA的转变，被视为拉伸的双链DNA，而在更强的力下，第二个转变是链剥离，导致单链DNA（ssDNA），类似于热变性。但由于实验条件，这两个转变可以重叠，例如对于poly（dA-dT）。本文采用耦合离散蠕虫链-伊辛模型，导出了解析公式.我们的模型考虑了弯曲刚度，链的离散性，线性和非线性（ssDNA）键拉伸。在力为零的极限下，该模型简化为我们已经建立的用于研究DNA热解链的耦合模型，与以前的变性曲线拟合参数值建立了联系。我们发现：（i）使用分析公式在纳牛顿范围内拟合ssDNA，仅具有三个自由参数，轮廓长度、弯曲模量和单体尺寸;（ii）仅通过选择0.2nm的单体尺寸，几乎比ssDNA核碱基长度小4倍，才可能在该力范围上令人惊讶地良好拟合;（iii）介观模型不能将B拟合到ssDNA（iv）在强作用力近似下，导出了适合于长DNA的B到S跃迁的解析公式，该公式与精确的转移矩阵计算结果非常吻合;（v）这个公式非常适合poly（dG-dC）和$λ$ -DNA力-延伸曲线，参数值一致;（vi）出现了一个连贯的图像，其中S到ssDNA的转换对碱基对序列比B到S的转换敏感得多。
2012-07-27 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Numerical study of filament suspensions at finite inertia
采用浸入边界法耦合流固耦合，对不同弯曲刚度和雷诺数的半稀和浓纤维悬浮液的流变特性进行了数值研究。纤维被认为是一维不可伸展的细长体与固定的纵横比，服从欧拉-伯努利梁方程。为了理解全局悬浮行为，我们将其与细丝微观结构、变形和弹性能量相关联，并检查应力预算以量化弹性贡献的影响。在体积分数一定的情况下，悬浮液的粘度随抗弯刚度的减小而减小，随雷诺数的增大而增大。相对粘度的变化在有限惯性下更强，尽管仍然在这里考虑的层流状态下。此外，我们发现的第一个正常的应力差是积极的聚合物流体，并增加与雷诺数，其值有一个峰值的中间值的长丝弯曲刚度。峰值被发现是成比例的雷诺数，移动到更刚性的悬浮液在更大的惯性。此外，粘度增加时，增加的长丝的体积分数，并与弯曲刚度的长丝应力的增加率是更强的在较高的雷诺数和减少的体积分数。我们发现，这种行为与形成一个更有序的结构中的流动，其中长丝往往是更对齐，并作为一个紧凑的聚集体移动，从而减少了顺应性长丝的相互作用，尽管它们的体积分数增加。
2019-09-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Stretching Instability of Helical Spring
我们表明，当一个逐渐增加的拉力施加到螺旋弹簧的半径，螺距和扭转弯曲刚度足够大的比率的两端，端到端的距离经历了一系列不连续的拉伸过渡。随后的力的减少导致阶梯状收缩和滞后被观察到。对于有限的螺旋，这些转变的数量随着螺旋圈数的增加而增加，但在无限螺旋的极限中只有一个拉伸和一个收缩不稳定性。我们计算了将变形连续的参数区域与发生拉伸不稳定性的参数区域分开的临界线，并提出了对我们的预测的实验测试。
2002-05-29 cond-mat.soft
Necking after extensional filament stretching of complex fluids and soft solids
我们进行线性稳定性分析和非线性细长细丝模拟拉伸颈缩在复杂的流体和软固体中，在应力松弛过程中中断应变斜坡。我们首先推导出一个高度简化和广义标量本构模型内的颈缩分析标准。在这里，我们发现两种不同的可能的颈缩模式：一个与向上的曲率在应力松弛函数的对数线性图，和另一个有关的一个仔细定义的“弹性”衍生物的张力相对于一个想象中的突然应变增量。我们表明，这两个标准完全同意模拟的Oldroyd B和Giesekus模型的聚合物溶液，并与RoliePoly模型的更集中的聚合物溶液和熔体，没有聚合物链拉伸。与链拉伸包括在内，我们发现一个稍微复杂的分析标准颈缩在应力松弛过程中，与关键成分，密切反映对应成分的标量模型内获得的简单的标准。我们表明，这个标准完全同意细长细丝模拟的RoliePoly模型与链拉伸，并与哥本哈根小组在参考文献中讨论的情况。[1，2]中所述。特别是，我们看到延迟颈缩后，累积应变超过~ 0.7，斜坡率超过逆链拉伸松弛时间尺度的应变斜坡。最后，我们讨论了在中断的拉伸应变斜坡之后的延迟颈缩与在中断的剪切应变斜坡之后的延迟剪切带之间的类比[3]。这项工作提供了对应的，中断的拉伸应变斜坡，早期的文件给出了颈缩的标准，在协议中的恒定施加亨基应变速率[4]和恒定施加拉应力或恒定施加拉力[5]。
2017-07-10 cond-mat.soft
Energies for elastic plates and shells from quadratic-stretch elasticity
通过降维Biot应变二次体弹性能量，推导出各向同性弹性板壳的拉伸与弯曲能量，揭示了拉伸与曲率的双线性耦合及拉伸弯曲解耦特性，修正了先前假设形式并验证了经典线性响应行为。
2025-06-01 cond-mat.soft
Drop Dynamics of Viscoelastic Filament
利用直径-空间-时间图研究粘弹性细丝断裂前附着液滴的层级、不对称性及迁移振荡合并等动力学，并通过德博拉数预测液滴最大数量，以最小直径测量拉伸粘度揭示聚合物浓度与变细方向的影响。
2020-01-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Structural Properties of Stiff Elastic Networks
弹性梁的网络可以通过拉伸或弯曲其构件而变形。变形的主要模式（弯曲或拉伸）主要取决于网络结构的具体细节。为了阐明微观几何和宏观力学之间的关系，我们描述了网络的结构特征，这些网络仅通过梁的拉伸均匀变形。我们提供了一套方便的几何标准来识别这样的网络，并推导出其有效弹性模量的值。这些准则的分析阐明了弹性网络力学响应的变异性。特别是，我们的研究合理化的细胞和纤维网络的力学行为的差异。
2016-09-22 cond-mat.soft
Force distributions and force chains in random stiff fiber networks
研究了随机刚性纤维网络的弹性问题。纤维的弹性响应的特征在于中心力拉伸刚度以及横向于纤维轮廓作用的弯曲刚度。以前的研究表明，该模型显示出一个异常的弹性制度，其中的拉伸模式是完全冻结和弹性能量是完全由弯曲模式占主导地位。我们证明了模拟和缩放参数，在弯曲为主的\emph{elastic energy}，同样重要的\emph{elastic forces}在很大程度上拉伸为主。通过在微观、介观和宏观尺度上表征这些力，我们发现了力在网络中如何传递的两种机制。虽然小于阈值$F_c$的力被均匀的背景介质有效地平衡，但大于$F_c$的力被发现在整个样品中不均匀地分布，从而引起从颗粒介质已知的高度局部化的力链。
2007-10-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Non-equilibrium fluctuations of a semi-flexible filament driven by active cross-linkers
细胞骨架是一种由半柔性细丝组成的非均匀网络，参与了多种多样的生物活性过程。尽管细胞骨架丝可能非常坚硬并嵌入致密且交联的网络中，但研究表明，在细胞中，它们通常在所有长度尺度上表现出显着的弯曲。在这项工作中，我们提出了一个模型的半柔性长丝变形的不同类型的交联剂，可以计算和调查的弯曲谱。我们的模型允许耦合的半柔性聚合物的变形的演变与随机动态的链接器施加横向力到长丝上。我们观察到一个$q^{-2}$依赖的弯曲光谱的一些生物相关的参数和在一定范围内的波数$q$。然而，一般来说，空间局部强迫和非热力动力学都引入偏离热类$q^{-2}$谱。
2016-09-02 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Hydrodynamic induced deformation and orientation of a microscopic elastic filament
我们描述了一个微观弹性细丝浸泡在流体中，并受到均匀的外力的模拟。我们的方法考虑了细丝产生的流动和它所经历的摩擦力之间的流体动力学耦合。虽然忽略这种耦合的模型预测了直线构型的漂移，但我们的研究结果非常不同。值得注意的是，具有垂直于细丝轴的分量的力引起弯曲和垂直对齐。此外，随着力的增加，我们观察到四种形状的制度，从轻微的扭曲到翻滚运动的状态，缺乏一个稳定的状态。我们还识别出边缘稳定结构的出现。这些形状的不稳定性和观察到的对齐可以解释由诱导弯曲和非局部流体动力相互作用的组合作用。这些效应中的大多数应该与刚性微丝（如微管）的实验相关。
2005-03-11 cond-mat.soft
An irreversible growth model for virus capsid assembly
我们模拟了衣壳（病毒的封闭外壳）的自发组装，从许多相同单位的副本，使用完全不可逆的步骤，只有信息本地的增长边缘。我们的模型是制定方面（i）的弹性哈密顿与拉伸和弯曲刚度和自发曲率，和（ii）一组速率常数添加新的单元或债券。一个合奏的高度不规则的衣壳产生，不像众所周知的二十面体对称病毒，但（我们认为）似是而非的逆转录病毒，如艾滋病毒的不规则衣壳建模的一种方式。我们发现，（i）成功的衣壳完成的概率随衣壳大小呈指数衰减;（ii）衣壳大小强烈依赖于自发曲率和弱的弯曲和拉伸弹性刚度的比例的外壳;（iii）高斯曲率（facetedness的测量）的本地化程度在很大程度上取决于弹性刚度的比例。
2006-08-08 cond-mat.soft q-bio.BM
Chaos and irreversibility of a flexible filament in periodically-driven Stokes flow
由于不存在非线性效应，低雷诺数下牛顿流体的流动一般是规则的和时间可逆的。例如，如果流体被其随后反向的边界运动剪切，则所有流体元素返回到其初始位置。因此，微通道中的混合仅由于分子扩散而发生，并且非常缓慢。在这里，我们表明，数值，引入一个单一的，自由浮动的，灵活的细丝在一个时间周期性的线性剪切流可以打破可逆性，并引起混乱，由于弹性非线性，如果弯曲刚度的细丝是在一个精心选择的范围内。在此范围内，不仅丝的形状是时空混沌的，而且流动是有效的混合器。总体而言，我们发现五个动力学阶段：一个刚性的灯丝的形状是时不变的-无论是直的或屈曲;它经历了一个周期2分叉的灯丝是软的;成为时空混乱的更软的灯丝，但令人惊讶的是，混乱被抑制，如果弯曲刚度进一步降低。
2022-08-17 cond-mat.soft
High-energy deformation of filaments with internal structure and localized torque-induced melting of DNA
我们开发了一个连续弹性的方法来检查弯曲力学的半柔性长丝与当地的内部自由度，耦合到弯曲模量。我们应用该模型研究了双链DNA寡聚体（短于其热持久长度）的非线性力学，该寡聚体的自由端由单链DNA链连接。Qu等人[Europhys.信件：$\bf{94}$，18003，2011]，显示出与在施加的扭矩下双链DNA的局部熔融相关的非线性应变软化，并用作研究在大能量变形下DNA的非线性弹性的模型系统。我们表明，可以定量地解释所观察到的弯曲力学使用增强蠕虫状链模型，螺旋线圈蠕虫状链。我们还预测，高度弯曲和部分熔融的双链DNA应该表现出特别大的端到端的波动与熔融区域的长度的波动，并提出适当的实验测试。我们认为，这里讨论的增广蠕虫状链模型是一个有用的分析方法的DNA或其他生物聚合物系统的非线性力学。
2013-02-10 cond-mat.soft
Statics and Dynamics of the Wormlike Bundle Model
丝状聚合物束是广泛的细胞骨架结构的主要结构组分，并且它们的机械性质在从运动到机械转导和受精的细胞功能中起关键作用。我们给出了一个详细的推导蠕虫状束模型作为一个通用的描述的静态和动态的聚合物束由交联剂互连的半柔性聚合物。弹性自由度包括长丝的弯曲变形和扭转变形以及交联的剪切变形。我们表明，竞争之间的弹性性能的长丝和交联导致重整化的有效弯曲和扭转刚度，成为模式数依赖。这种依赖性的强度和特征被发现随束结构而变化，如截面中长丝的排列和预捻。我们讨论了两个典型的情况下，束架构，一个均匀的安排，发现在F-肌动蛋白束和壳状结构的特点微管的细丝。每个架构被发现有自己的通用比例的最大到最小的弯曲刚度，独立的特定类型的交联诱导丝耦合;我们的预测是在合理的协议与现有的实验数据微管。此外，我们分析了蠕虫状束模型的预测的实验观测量，如切线-切线相关函数和动态响应和关联函数。最后，我们分析了预扭曲（螺旋度）对纤维束力学性质的影响。我们预测，具有不同数量的原丝的微管在其有效的弯曲刚度应该有明显的变化。
2009-09-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Stretching helical nano-springs at finite temperature
利用动力学模拟和解析方法，研究了单轴拉伸下螺旋纤维在较宽的弯曲和扭转持续长度范围内的弹性响应。在低温下，低螺距螺旋线表现出拉伸不稳定性，并且力-延伸曲线由一系列尖峰组成。在升高的温度下（即小的持久性长度）的螺旋融化和一个明显的力高原中获得的固定的延伸合奏。扭矩边界条件显着影响所得的弹性性能。
2008-03-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Autonomous Motility of Active Filaments due to Spontaneous Flow-Symmetry Breaking
我们模拟了弹性细丝的非局部斯托克斯流体动力学，弹性细丝是活跃的，由于应力沿其轮廓的永久分布。一个弯曲的不稳定性，最初直丝自发地打破流动对称性，并导致自主的长丝运动，这取决于构象对称性，可以是平移或旋转。在高的活动弹性比，线性不稳定发展成非线性波动状态与大幅变形。这些状态的动力学可以定性地理解为与相反对称的细丝构象模式相关的平移和旋转运动的叠加。我们的结果可以在分子马达细丝混合物、自催化颗粒的合成链或其他线性连接系统中进行测试，其中化学能在流体环境中转化为机械能。
2012-10-10 cond-mat.soft q-bio.BM
Mechanical properties of the two-filament insulin amyloid fibril: a theoretical study
结合最近的模拟结果和力学测量，我们研究了双丝胰岛素原纤维的结构。我们的调查表明，持久性长度测量相关性以及与先前提出的结构模型，而弹性测量表明，拉伸原纤维可能涉及氢键断裂。我们的工作说明了试图将纳米级测量与蛋白质四级结构的微观信息相关联。
2008-08-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Interplay between surface and bending energy helps membrane protrusion formation
我们考虑一个一维的弹性膜，这是由不断增长的细丝推动。长丝倾向于通过在膜中产生局部突起而生长，并且该过程具有表面能和弯曲能量成本。虽然预期随着表面张力和弯曲刚度的增加，产生突起应该变得更加困难，但是我们发现，对于固定的弯曲刚度，随着表面张力的增加，突起更容易形成。这种效应也引起膜速度对表面张力的非平凡依赖性，其特征在于一个谷和一个峰。我们解释了这种不寻常的现象，通过详细研究的表面和弯曲能的相互作用，并表明这种相互作用是负责一个定性的形状变化的膜，这引起了上述效果。
2019-08-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Paramagnetic filaments in a fast precessing field: Planar versus helical conformations
我们研究了在旋进磁场存在下顺磁珠弹性链的解析平衡构象。这些细丝的构象是通过最小化它们的总能量来确定的，在谐波近似下，弯曲能的总和是其曲率的二次方，磁偶极相互作用能的总和是与细丝相切的矢量在进动轴上的投影的二次方。特别是，我们分析了两个家庭的开放丝与他们的端部对齐沿进动轴和平面曲线和螺旋线段描述。这些配置的特征在于两个参数编码的特点，如他们的长度，他们的两端之间的分离，以及他们的弯曲和磁模量，后者是成比例的幅度和旋进角的磁场。基于充满活力的参数，我们提出了一套参数值，这些家庭的曲线是可能发生的。
2017-11-16 cond-mat.soft
Flow-Induced Buckling of Elastic Microfilaments with Non-Uniform Bending Stiffness
屈曲在斯托克斯流体中弹性微丝的输运和动力学中起着关键作用。然而，以前的工作只考虑具有均匀结构特性的长丝。在许多生物系统中，如微管，细丝骨架刚度可能是不均匀的，其中蛋白质的缔合和解离可能导致结构的空间和时间变化。这些纤维的构型稳定性和运输中的这种不均匀性的后果尚不清楚。在这里，我们使用细长体理论和Euler-Bernoulli弹性加上各种非均匀的弯曲刚度配置文件，以量化这种屈曲不稳定性，使用线性稳定性分析和布朗模拟。在剪切流中，我们在模拟中观察到刚度降低的区域中更明显的屈曲。这些领域的显着变形引起的差异，在颗粒额外的应力，表明一个不平凡的流变反应，由于这些细丝的存在。每个刚度剖面所产生的基本振型与我们的线性稳定性分析的预测一致。总的来说，这些结果表明，不均匀的弯曲刚度可以大大改变流体-结构相互作用在生理相关的设置，提供了一个基础，以阐明流体力学和生物聚合物的结构特性之间的复杂的相互作用。
2022-06-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Minimal design of a synthetic cilium
该研究提出带曲率相关弯曲刚度的合成纤毛极简设计，证实基部驱动可产生高振幅平面弯曲波，模式类似生物纤毛，为机器人与工程系统应用提供新思路。
2024-12-10 cond-mat.soft physics.bio-ph
Strong stretching theory of polydisperse curved polymer brushes
该研究将多分散聚合物刷的强拉伸理论拓展至弯曲几何，探究Schulz-Zimm型链长分布下的刷性质与凸结构末端排斥区调控，提出通过链长分布设计链端分布的方法。
2024-06-24 cond-mat.soft
Multi-scale microrheology using fluctuating filaments as stealth probes
软材料的力学性能可以通过各种微观流变学方法在小尺度上进行探测。一种常见的方法是跟踪嵌入介质中的微米级微珠的波动。这种方法产生的结果取决于探针的大小时，介质的结构长度尺度相当于或大于这个大小。在这里，我们介绍了一种基于应变的微流变学（FMR）方法，使用高纵横比半柔性长丝作为探针。由于探针的纳米级截面，这种准1D探针的侵入性要小得多。此外，通过成像的横向弯曲模式，我们能够同时确定多个长度尺度对应的弯曲波长的介质的微机械响应。在这里，我们使用单壁碳纳米管（SWNT）作为探针，可以根据其稳定的荧光准确快速地成像。我们将单壁碳纳米管建模为半柔性细丝。我们发现，以这种方式测量的蔗糖和聚合物透明质酸溶液的粘弹性能与传统的微观和宏观流变学测量的粘弹性能是一致的。
2020-10-14 cond-mat.soft
Structural Anisotropy Stabilises Asymmetric Beating in Instability Driven Filaments
本研究通过数值模拟和分叉分析尖端受随从力驱动的细丝模型，发现结合本征曲率与结构各向异性（弯曲刚度比低至2）可稳定不对称摆动模式，抑制3D旋转状态，揭示各向异性在纤毛动力学中的关键作用。
2025-08-20 cond-mat.soft
Criticality and isostaticity in fiber networks
弹性网络的刚性敏感地取决于其内部连接性和组分之间相互作用的性质。通过中心力相互作用的粒子在均衡阈值附近经历零温度刚性-渗流转变，其中约束和内部自由度在数量上相等。纤维网络，如形成细胞骨架的那些，由于额外的弯曲约束，在较低的阈值下变得刚性。然而，弯曲控制网络力学的程度仍然是一个相当有争议的话题。我们研究了具有可变配位数的无序纤维网络，包括中心力均衡点的上方和下方。这一点控制了从拉伸到弯曲主导弹性的广泛交叉。引人注目的是，这种交叉表现出异常的拉伸和弯曲刚度的剪切模量的幂律依赖。在中心力均衡点-远高于刚性阈值-我们发现发散应变波动连同发散相关长度$ξ$，这意味着在这个简单的力学系统的连续弹性的长度尺度小于$ξ$的故障。
2010-11-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Active Filaments on Curved Surfaces: From Single Filaments to Dilute Suspensions
Complutense University of Madrid（马德里康普顿斯大学）；University of Dundee（邓迪大学）
本研究通过模拟探讨了曲面曲率对活性纤维组织和运输的调控作用，揭示了曲率诱导的局部化效应及曲面几何对活性物质行为的影响。
2025-07-31 cond-mat.soft
Simple lattice model for biological gels
我们构建了一个三维晶格模型的生物凝胶中，直线的债券对应于丝状半柔性聚合物和晶格的网站，这是完全四重协调，交联。在最近邻之间只有拉伸中心力的情况下，这种晶格是次均衡的，具有大量的零模式;但其所有弹性常数都是非零的，并且其弹性响应是仿射的。以概率$1-p$去除键导致平均配位数小于4的晶格和聚合物长度的分布。当添加弯曲力时，稀释晶格在$p=p_b<1$处表现出刚性阈值，并且在$p_b$和$p=1$之间从弯曲主导的非仿射响应交叉到拉伸主导的仿射响应。
2011-08-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A constrained random-force model for weakly bending semiflexible polymers
横向淬火随机力作用下有向弹性弦的随机力（Larkin）模型是无序系统统计物理中的一个范例。在这个简短的说明中，我们研究了上述模型的修改版本，其中沿聚合物轮廓的总横向力和相关的总扭矩，在每个实现的无序，消失。我们讨论了增加这些约束的优点，并表明它们在强拉伸状态下保持定性行为不变，但它们通过显着的数值前因子减少了随机力的影响。我们还表明，一个横向随机力有效地使长丝柔软的压缩诱导波动。我们计算了相关的线性压缩系数在通常和约束随机力模型。
2011-07-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft q-bio.BM
Ferromagnetic filament shapes in a rotating field reveal their magnetoelastic properties
提出利用旋转磁场中铁磁丝的形状确定磁弹性数 $Cm$ 及弯曲模量的方法，误差为 $15...20\%$，提升了理论模型与实验测量的可比性。
2023-07-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Relaxation of a highly deformed elastic filament at a fluid interface
我们进行实验，以研究在液体-空气界面的高度变形的弹性细丝的松弛。不同长度、直径和弹性模量的长丝的动力学在时间依赖性由时间尺度$τ= 8 πμL_o^4/B$缩放时坍缩为单个曲线。然而，弛豫在时间$τ$的很小一部分内完成。尽管时间尺度$τ$可以通过平衡线性弯曲力和粘性力来获得，但它似乎控制了我们实验的高度非线性状态。非线性数值模拟表明，由于沿长丝的张力产生的力与弯曲力相当，产生的净弹性回复力远小于任一项。我们在液-气界面进行粒子图像测速，以支持数值计算的结果。最后，我们发现，当长丝初始化在不对称的形状，它迅速去一个形状与对称的应力。这个对称化过程是完全非线性的，我们表明，对称曲率状态在任意大的变形能量最小化。
2016-09-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The elasticity of semiflexible polymers with reversible spontaneous curvature in two dimensions
Kyungpook National University（庆北国立大学）
本文构建二维两态修正蠕虫状链模型，研究具有可逆自发曲率的半柔性聚合物弹性，发现拉伸或弯曲会诱导弹性转变，两种系综弹性响应存在差异，弯曲态刚度更高时拉伸或出现重入转变。
2026-09-07 cond-mat.soft physics.bio-ph
Bending Elasticity of the reversible Freely Jointed Chain
本文研究可逆自由连接链在固定力系综下的弯曲行为，通过配分函数递推和解析计算揭示了弯曲柔量与闭合铰链比例的非单调性，并建立了与蠕虫状链模型的联系。
2024-12-20 cond-mat.soft physics.bio-ph
Elastohydrodynamic study of actin filaments using fluorescence microscopy
我们探讨了肌动蛋白在外力和粘性阻力作用下的弯曲。单个肌动蛋白丝垂直于其长轴的振荡方式移动的光学镊子乳胶珠连接到一端的细丝。通过落射荧光显微镜观察这些聚合物的分散。他们被发现是在协议与半柔性聚合物理论和细长体流体力学的预测。可以提取持续长度$7.4 \pm 0.2 μ$ m。
1997-04-28 cond-mat.soft
Simulating two-dimensional correlation spectroscopies with third-order infrared and fifth-order infrared--Raman processes of liquid water
本研究采用多模布朗振子模型与DHEOM-MLWS方法，计算液态水的三阶二维红外和五阶二维红外-拉曼光谱，以探究其分子间与分子内非谐耦合特性。
2023-02-20 cond-mat.soft
Nonaffine rubber elasticity for stiff polymer networks
我们提出了一个理论的弹性交联刚性聚合物网络。刚性聚合物与柔性聚合物不同，是高度各向异性的弹性物体。与机械梁类似，刚性聚合物在弯曲时容易变形，而它们在拉伸力（“拉伸”）方面更硬。与以前的方法不同，网络弹性来自拉伸模式，我们的理论正确地解释了软弯曲响应。一个自洽的有效介质的方法是用来计算宏观弹性模量从微观表征的变形场的“软盘模式”-低能量弯曲激发，保持高度的非亲和性。表征出现的非亲和性的长度尺度由"纤维长度“$l_f$给出，定义为聚合物保持直的尺度。计算的剪切模量的标度特性与最近在二维模型网络中获得的模拟结果非常一致。此外，我们的理论可以应用于合理化散装流变学数据重构肌动蛋白网络。
2007-11-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The nonlinear elasticity of an $α$-helical polypeptide: Monte Carlo studies
我们进行蒙特卡罗模拟来研究α-螺旋多肽的螺旋蠕虫状链模型的弹性性质。在该模型中，二级结构作为控制局部链弯曲模量的标量（Ising样）变量进入。我们数值计算的弯曲和拉伸该分子的顺应性，以及在很宽的模型参数范围内的拉伸和扭矩之间的非线性相互作用。数值结果与以前的平均场和微扰计算，他们预计这样做。蒙特卡罗模拟使我们能够检查的响应链大的力量和扭矩的摄动方法失败。此外，我们扩展我们的平均场分析，通过研究在力诱导变性过渡的波动为主的制度。
2004-11-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Beating patterns of filaments in viscoelastic fluids
许多游动微生物，如细菌和精子，在自然环境中使用柔性鞭毛通过粘弹性介质。在本文中，我们解决的粘弹性流体的运动和弹性纤维的跳动模式的影响。我们对待被动的灯丝，这是在一端驱动，和一个主动的灯丝与弯曲力所产生的内部电机沿其长度分布。我们描述了粘弹性如何修改施加在长丝上的流体动力，以及这些修改后的力如何影响打浆模式。我们展示了纯粘性或粘弹性溶液的高粘度如何导致实验观察到的精子鞭毛的跳动模式，其中运动集中在鞭毛的远端。
2008-05-07 cond-mat.soft
