Hydrodynamic Inflation of Ring Polymers under Shear
由多粒子碰撞动力学建模的流体动力学相互作用可以以任何其他聚合物结构或拓扑结构所不知道的方式显着影响完全柔性的环形聚合物的动力学。我们表明，稳定的剪切导致一个通货膨胀的情况下专用于环聚合物，这不仅取决于Weissenberg数，但也对环的轮廓长度。通过分析周围的聚合物的溶剂的速度场，我们表明存在一个流体动力学口袋，它允许聚合物在一定的对齐角度的流动轴自稳定。这种自诱导的稳定化伴随着环向非布朗粒子的转变和翻滚的停止。环在涡量方向显著膨胀，拉伸和膨胀环上的马蹄形区域相对于环的质心有效地锁定在适当的位置。所观察到的效果是专有的环聚合物和源于流体动力学相互作用和拓扑结构之间的相互作用。此外，系在这种环上的结可以用作额外的“稳定锚”。在强剪切作用下，当坦克突然从一个马蹄形区域行进到另一个马蹄形区域时，打结部分被拉紧并保持良好的局部性。我们发现高轮廓长度的打结聚合物的行为非常类似于相同轮廓长度的未打结环，但小的打结环具有不同的配置主机。我们提出了一个过滤技术的环和链的基础上，我们的观察，并建议，强剪切可以用来收紧环上的结。
2019-09-06 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Dynamics of flexible filaments in oscillatory shear flows
柔性纤维和粘性流之间的流体-结构相互作用在各种生物现象、医学问题和工业过程中起着至关重要的作用。特别令人感兴趣的是在随时间变化的流动中自由输送的颗粒的情况。本研究结合微流控实验、数值模拟和理论模型，阐明了振荡剪切流作用下肌动蛋白丝的动力学和形态学。我们的工作表明，在稳定的剪切流，其中小的取向波动从流动对齐状态启动翻滚和变形，周期性的流动逆转允许长丝在每个周期的开始探索许多不同的配置。半周期振荡期间的暗条运动的调查突出了紧急动力学的初始暗条取向的关键作用。这种强烈的方向和变形之间的耦合导致新的变形制度和新的高阶屈曲模式不存在于稳定的剪切流。我们的分析的主要结果是抑制的屈曲不稳定性的振荡频率和初始细丝取向的某些组合的可能性，即使在非常强的流动。我们解释这种不寻常的行为，通过弱非线性朗道理论的屈曲，在该理论中，我们把长丝作为不可扩展的布朗欧拉-伯努利杆的流体动力学描述的本地细长体理论。
2022-05-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The Geometry of Ciliary Dynamics
纤毛是能动的生物附属物，其被微管蛋白丝之间的内部剪切应力驱动而弯曲。构建了睫状体材料的连续体模型，该模型包含了基本的睫状体约束：（1）细丝的一维不可伸展性，（2）三维不可压缩性，以及（3）仅沿细丝的剪切应变。这种假设的纤毛材料结合了一维和三维特性，使其成为真实纤毛如何在更大范围内将纳米级剪切应力转化为运动性的自然和灵活模型。在不涉及纤毛的演变形状的情况下，应用于该假设材料的常规连续介质力学导致纤毛动力学的标准模型，但是具有一个附加项，该附加项是上述约束（2）和（3）所要求的，在一般纤毛运动中剪切和扭转的模型独立耦合。
2009-04-17 cond-mat.soft
Direct visualization of flow-induced conformational transitions of single actin filaments in entangled solutions
虽然半柔性聚合物和纤维因其丰富的机械性能而成为一类重要的材料，但目前尚不清楚这些性能与聚合物的微观构造有何关系。肌动蛋白细丝构成理想的模型聚合物系统，由于它们的微米尺寸的长度和相对高的刚度，允许在单丝水平成像。在这里，我们研究了在剪切流中的肌动蛋白丝的构象动力学缠结的效果。我们直接测量完整的三维构象的单个肌动蛋白丝，使用共聚焦显微镜结合一个反向旋转锥板剪切细胞。我们发现，最初纠缠的长丝形成解开取向有序的发夹，局限于流涡平面。此外，剪切流导致发夹尾部的拉伸和剪切对齐，而长丝长度分布保持不变。这些观察结果解释了缠结的F-肌动蛋白溶液的应变软化和剪切稀化行为，这有助于理解含有半柔性聚合物的复杂流体的流动行为。
2015-01-09 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Topologically Directed Simulations Reveal the Impact of Geometric Constraints on Knotted Proteins
针对聚合物或丝状结构打结/解结模拟依赖随机过程的问题，提出拓扑引导方法确定最优路径，应用于切向球链模型并施加蛋白质几何约束，发现约束会增加扭结频率，揭示其对打结蛋白质的影响。
2025-04-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech math.GT
Damage and recovery of flagella in soil bacteria exposed to shear within long microchannels
本文通过长微通道剪切实验与运动性监测，揭示 B. diazoefficiens 鞭毛丝的剪切断裂及再生恢复，并测得侧生与近极生鞭毛丝的不同再生时间。
2025-01-07 cond-mat.soft physics.bio-ph
Nonlinear elasticity of semiflexible filament networks
我们开发了一个连续体理论的平衡弹性网络的交联半柔性长丝，跨越整个范围之间的灵活的熵驱动的链，以僵硬的无热棒。我们选择了3链本构模型在几个合理的候选人，并推导出在任意应变的弹性能量的解析表达式，与相应的应力-应变关系。该理论很好地拟合了广泛的实验数据，简单的剪切在不同的纤维网络，定量匹配的微分剪切模量随应力的变化，只有两个可调参数（分别代表纤维的刚度和预张力的网络，分别）。一般理论准确地描述了正负坡印亭效应（施加剪切的正应力）之间的交叉，以增加形成网络的长丝的刚度。
2016-07-09 cond-mat.soft q-bio.BM
Dynamics of undulatory fluctuations of semiflexible filaments in a network
研究了单根半柔性细丝在其边界处与虎克弹簧耦合时的动力学行为。弹簧在细丝上产生波动的张力，其值取决于细丝的瞬时端到端长度。因此，弹簧引入了非线性，其混合了灯丝的波动正常模式并改变了它们的动力学。我们研究这些动力学使用的Martin-Siggia-Rose-Janssen-de-Domincis形式主义，并计算随时间变化的关联函数的横向起伏和细丝的端到端的距离。低于特征波长$\sqrt{κ/τ_R}$的模式的弛豫动力学由细丝的弯曲模量$κ$和弹簧重整化张力$τ_{R}$设定，由边界弹簧改变。这发生在系统的张力和弯曲主导模式之间的交叉频率附近。边界弹簧可用于表示细丝与其交联的细丝网络的其余部分的线性弹性柔量。因此，我们预测，这种非线性效应将是可观察到的网络的组成纤维的动力学相关性和网络的集体剪切响应。该系统的动态剪切模量预计将表现出众所周知的交叉与增加频率从$ω^{1/2}$到$ω^{3/4}$，但列入网络的遵守在分析的个别长丝动态转移到一个更高的频率。
2020-06-18 cond-mat.soft
Scaling law for a buckled elastic filament in a shear flow
本文研究粘性剪切流中弹性细丝的三维屈曲，基于欧拉-伯努利梁模型，推导出特征函数波数对参数χ̃的平方根标度律，并通过数值模拟验证。
2024-03-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Morphological transitions of elastic filaments in shear flow
粘性流中弹性细丝的形态动力学、不稳定性和转变是从鞭毛推进到细胞内流动的大量生物物理过程的基础，也是解读许多复杂流体和软材料流变行为的关键。在这里，我们结合实验和计算建模来阐明在一个简单的剪切流的弹性布朗细丝的动力学制度和形态转变。肌动蛋白丝作为一个实验模型系统和它们的构象进行了研究，通过荧光显微镜在微流控通道。模拟匹配的实验条件下，也进行了使用不可扩展的欧拉-伯努利梁理论和非本地细长体流体动力学的存在下的热波动，并同意定量与观测。我们证明，在这个系统中的长丝动力学主要是由一个无量纲的弹性-粘性数比较粘性阻力弹性弯曲力，热波动只起次要作用。而短的和刚性的长丝执行准周期翻滚运动，屈曲不稳定性以上的临界流动强度出现。第二个过渡到强烈变形的形状发生在一个更大的值的弹性粘性数，其特征在于出现局部高曲率弯曲，传播沿长丝在明显的“蛇形”运动。一个理论模型，迄今尚未探索的蛇形发病准确地预测过渡，并解释了观察到的动态。对于第一次，我们提出了一个完整的表征的长丝形态和过渡的弹性粘性数和缩放的持久性长度的函数，并表现出良好的理论，实验和模拟之间的协议。
2018-11-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dilatancy in dense suspensions of model hard-sphere-like colloids under shear and extensional flow
本研究实验探究了玻璃态类硬球胶体致密悬浮液的剪切与拉伸流变行为，发现了剪胀效应，构建了包含多种流变响应的状态图，并对比了两种流动下的剪切增稠特性。
2020-07-08 cond-mat.soft
Reversibility, Chaos, and Attractors in Periodically Sheared Elastic Filaments
University of Perugia（佩鲁贾大学）；International Centre for Theoretical Sciences, Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所国际理论科学中心）；PMMH-ESPCI, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université Paris Cité（巴黎高等物理化工学院国立科学研究中央机构索邦大学巴黎西岱大学）；University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校）
研究通过实验和模拟揭示了周期性剪切下弹性纤维的不可逆动力学及吸引子跳跃现象，为软物质系统在时间依赖流中的设计与控制提供新视角。
2026-01-02 cond-mat.soft physics.class-ph physics.flu-dyn
Surfing along concentration filaments: sperm chemotaxis in physiological shear flows
许多能动的生物细胞沿着信号分子的浓度梯度导航：这种趋化性引导例如来自海洋无脊椎动物的精子细胞，它们必须在海洋中找到卵细胞。虽然已经针对静水中旋转对称梯度的理想化条件深入研究了趋化性，但自然梯度通常是扭曲的，例如，海洋中的湍流。最近的实验和直接数值模拟与精子细胞和细菌令人惊讶地表明存在一个最佳的流动强度，在该趋化性是更有效的比静水。我们使用精子趋化性在简单的剪切流作为一个原型的例子来理解这样一个最佳的流动强度的起源理论：我们量化流动如何加速传播的信号分子释放的鸡蛋，但扭曲的浓度场成细长的细丝。这两种效应之间的竞争设定了最佳流动强度，使精卵相遇最大化。我们的特点是如何精子细胞“冲浪”沿浓度细丝，典型的标量湍流，揭示了一个一般的导航模式中存在的流量。我们比较模拟和理论与以前的实验结果，发现很好的协议。
2021-04-13 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
An empirical resistive-force theory for slender biological filaments in shear-thinning fluids
许多细胞利用鞭毛丝的弯曲或旋转来在粘性液体中自我推进。虽然适当的理论模型可用于捕获鞭毛在简单的牛顿流体中的运动，但需要强大的计算来从理论上解决它们在复杂的非线性流体中的运动，例如~粘液基于刚性杆在非牛顿流体中的运动的实验测量和经典的Carreau流体模型，我们提出了经典的牛顿连续力理论的经验扩展模型在非牛顿流体中的细长细丝的波动。通过假设鞭毛附近的流动是局部牛顿的，我们提出了一种自洽的方法来估计流体中的典型剪切速率，然后我们使用它来构造牛顿局部阻力系数的校正因子。由此产生的非牛顿连续力理论虽然是经验的，但与牛顿极限和实验是一致的。然后，我们使用我们的模型来解决波动运动在非牛顿流体中，并表明，由此产生的游泳速度系统地降低-一个结果，我们能够捕获渐近和物理解释。最近的实验结果上的运动的秀丽隐杆线虫在聚合物溶液中的模型的应用显示出合理的协议，从而捕捉到的主要物理的剪切稀化流体中游泳。
2017-05-02 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Flexible filament in time-periodic viscous flow: shape chaos and period three
我们研究了一个单一的，自由浮动，不可伸展，弹性细丝在线性剪切流：$\mathbf{U}_{0}(x,y) = \dotγ y \hat{x}$。在我们的模型中：弹性能仅取决于弯曲;应变率$\dotγ = S \sin(ωt)$是时间的周期函数$t$ ;并且细丝和流动之间的相互作用近似为局部各向同性拖曳力。基于灯丝的形状，我们发现五个不同的动力学阶段：直，屈曲，周期性（周期2，周期3，周期4等），混沌，和一个混沌瞬态。在混沌阶段，我们表明，角的迭代映射，其中的端到端的长丝向量与切线的一端，有周期3的解决方案，因此它是混沌的。此外，在混沌相的流动是一个有效的混合器。
2022-10-10 cond-mat.soft
Triggers and signatures of shear banding in steady and time-dependent flows
这篇摘要的目的是作为一个实际的现场指导的情况下，剪切带可能会在复杂的流体受到一个应用的剪切流。分别为几个最常见的流量协议，它总结了在所测量的散装流变信号，表明在底层流场的条带的存在下的特征签名。它既适用于稳定的剪切流，也适用于剪切启动、阶跃应力、有限应变斜坡和大振幅振荡剪切的时间依赖性协议。一个重要的信息是，带状可能会出现相当广泛的流动具有足够强的时间依赖性，甚至在流体中，不支持带状稳定施加剪切流。这表明在将实验数据与假设均匀剪切流的理论计算进行比较时要谨慎。在一个简短的后记中，我们也总结了在伸长的长丝拉伸中颈缩开始的类似精神的标准。
2016-11-24 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
Bonded straight and helical flagellar filaments form ultra-low-density glasses
本文利用细菌鞭毛构建直杆、螺旋丝及杆-螺旋二嵌段共聚物，研究丝的三维形状对半稀布朗悬浮液微观动力学和宏观流变学的影响，发现杆-螺旋共聚物在极低密度下形成永久堵塞的低密度玻璃，证明丝形状可用于设计纤维悬浮液的流变性质。
2022-09-19 cond-mat.soft
Universal Thinning of Liquid Filaments under Dominant Surface Forces
在表面活性剂的高表面浓度下液体线的变薄的理论和数值模拟表明存在一个渐近状态，其中表面张力平衡表面粘性应力，导致具有$e$ -倍时间$F(Θ)\,(3μ_s + κ_s)/σ$的指数变薄，其中$μ_s$和$κ_s$是表面剪切和湍流粘度系数，$σ$是界面张力，$Θ=κ_s/μ_s$，并且$F(Θ)$是通用函数。这种现象的潜在用途来测量表面粘度系数进行了讨论。
2020-09-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Geometric localization in supported elastic struts
局部变形模式是形态发生中的常见基序，并且在材料科学中日益发现广泛的应用，例如作为存储器件。在这里，我们描述了空间局部化变形的出现在一个最小的机械系统，通过探索的影响的增长和剪切的构象的半柔性长丝连接到一个柔韧的可剪切基板。我们结合数值模拟的离散杆模型与理论分析的微分方程恢复在连续极限量化（在比例定律的形式）几何，力学和增长如何共同作用，以产生这种局部结构在这个系统中。我们发现，空间局部变形沿长丝出现中间剪切模量和增长。最后，我们使用3D打印多材料模型系统的实验来证明剪切和生长量的外部控制调节了局部应变纹理的空间范围。
2019-06-11 cond-mat.soft nlin.PS physics.app-ph
Anisotropic velocity statistics of topological defects under shear flow
我们报告的数值结果的拓扑缺陷的速度统计的动态相序和非弛豫演化的外部剪切流辅助。我们提出了一个数值有效的跟踪方法，找到的位置和速度的缺陷，并将其应用于在一个统一的领域和位错的各向异性条纹图案的旋涡。在弛豫动力学过程中，速度footuations的分布函数的特征在于动态标度与标度函数，该标度函数具有鲁棒的代数尾部与逆立方幂律。这是余维2的缺陷的特征，例如二维的点缺陷和三维的细丝，无论运动是各向同性的（如涡旋）还是高度各向异性的（如位错）。然而，当缺陷和它们的运动之间的相互作用受到横向于条带取向的外部剪切流的影响时，各向异性位错运动导致各向异性统计特性。
2012-01-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Swimming patterns of a multi-mode bacterial swimmer in fluid shear flow
本研究通过实验和模拟，揭示了剪切流对恶臭假单胞菌多模式游泳的影响，发现对齐效应依赖游泳模式且受运动性和表面靠近抵消，鞭毛缠绕效率随剪切应力降低。
2025-10-24 cond-mat.soft physics.bio-ph
Two-dimensional active polar semiflexible polymer under shear flow
Istituto Applicazioni Calcolo, CNR（意大利国家研究委员会计算应用研究所）；Institute for Advanced Simulation, Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心先进模拟研究所）
研究二维半柔性主动极性聚合物在剪切流下的非平衡结构与动力学特性，发现其构型变化、对齐和翻转运动受半柔性影响，活动性显著影响流变性质，甚至在弱流中呈现负粘度。
2026-04-07 cond-mat.soft physics.comp-ph
Persistence of activity in noisy motor-filament assemblies
在各种自然环境中，活跃的分子马达会使长而有弹性的细丝交联并变形。这种复合材料网络的整体宏观力学响应取决于底层组分的主动和被动特性之间的耦合以及复合材料不同部分之间的非局部相互作用。在一个简单的一维系统中，使用平均场模型，它已被证明，运动活动和有限的细丝可伸展性的组合产生的持久性长度尺度上的应变衰减。在这里，我们研究了一个类似的系统，在强噪声和适度的可扩展性的互补限制，使用布朗多粒子碰撞动力学为基础的数值模拟，其中包括电机动力学和本地细丝的可扩展性之间的耦合。虽然数值模型显示偏离平均场预测，由于存在强烈的主动噪声引起的个体运动活动的变化，几个定性特征仍然保留。具体地，对于固定的马达附着和分离速率，衰减长度由被动弹性与由附着的马达产生的主动剪切阻力的比率设定。我们的研究将被动热系统中持久性的概念推广到具有可测试预测的主动驱动系统。
2015-01-12 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Active dislocations and topological traps govern dynamics of spiraling filamentous cyanobacteria
研究二维受限超长丝状蓝细菌的集体滑行动力学，发现“活性螺旋”涌现图案，通过活性位错和拓扑陷阱机制揭示黏附力、活性与几何在稳定动态图案形成中的关键作用。
2023-05-21 cond-mat.soft physics.bio-ph
Is there a Relationship between the Elongational Viscosity and the First Normal Stress Difference in Polymer Solutions?
我们研究了各种不同的聚合物溶液在剪切和拉伸流动。剪切流是在商用流变仪的锥板几何结构中产生的。我们使用毛细管断裂拉伸流变仪（CaBER）中的聚合物溶液形成的长丝的毛细管变薄作为拉伸流动。我们将在CaBER中测量的松弛时间和拉伸粘度与我们在流变仪中测量的第一法向应力差和松弛时间进行比较。所有这四个量取决于不同的流体参数-聚合物溶液的粘度、溶液内的聚合物浓度和聚合物的分子量-以及剪切速率（在剪切流测量中）。然而，我们发现，第一法向应力系数依赖于二次的CaBER弛豫时间。一个简单的模型来解释这种关系。
2009-09-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Rapid local compression in active gels is caused by nonlinear network response
活细胞中的肌动蛋白细胞骨架与肌球蛋白马达蛋白一起产生直接或间接驱动基本细胞过程的力。细胞骨架的半柔性细丝可以对马达的集体作用作出非线性响应。在这里，我们调查力学和力的产生在一个模型肌动蛋白细胞骨架，在体外重建，通过观察嵌入的微米级探针颗粒的响应和波动。肌球蛋白微丝可以模拟为力偶极子，并引起周围交联肌动蛋白网络的变形。异常相关的探针波动表明，除了普通的线性剪切弹性（不可压缩）力偶极子的响应出现的网络的快速局部压缩的存在。压缩的异常传播可以归因于肌动蛋白丝对微观力的非线性响应，并且与马达产生的大规模凝胶硬化定量一致。
2019-12-18 cond-mat.soft physics.bio-ph
Spectral analysis for elastica 3-dimensional dynamics in a shear flow
本文利用 elastica 模型和 Chebyshev 谱配置法分析低雷诺数剪切流中弹性细丝的三维扰动稳定性，揭示其屈曲特征与已有二维及压缩流研究一致。
2023-07-13 cond-mat.soft physics.flu-dyn
