Defect-Defect Interactions in the Buckling of Imperfect Spherical Shells
本文通过有限元模拟研究含两个凹陷缺陷的薄球形壳压力诱导屈曲，发现缺陷-缺陷相互作用的起始由经典临界屈曲波长决定，平台区屈曲行为由最大缺陷主导。
2023-05-24 cond-mat.soft
Delayed buckling of spherical shells due to viscoelastic knockdown of the critical load
我们进行了动态压力屈曲实验缺陷种子球壳制成的一种常见的硅橡胶。与准静态实验不同的是，壳体在表面上亚临界的压力下（即低于弹性屈曲发生的实验确定的载荷）屈曲，通常伴随着显著的时间延迟。在强调与弹性壳屈曲的密切联系的同时，我们依靠粘弹性来解释我们的观察结果。特别是，我们证明，较低的临界载荷可以确定的材料性能，这是合理的一个简单的类比弹性球壳屈曲。然后，我们介绍了一个模型为中心的经验量表明，粘弹性蠕变变形降低临界载荷在同一个可预测的，可量化的方式，一个不断增长的缺陷将在弹性壳。这使我们能够捕获临界偏转和延迟时间如何取决于所施加的压力、材料特性和缺陷几何形状。这些量在实验中很容易测量。因此，我们的工作不仅提供了直观的粘弹性行为从弹性壳屈曲的角度来看，但也提供了一个可访问的途径，引入可调的，时间控制的驱动现有的机械致动器，例如气动夹具。
2021-04-06 cond-mat.soft
Nonlinear Dynamics of Spherical Shells Buckling under Step Pressure
研究了完全弹性球壳在外压作用下的动态屈曲问题。从非线性动力学的角度揭示了屈曲现象的基本数学特征。为了捕捉强大的屈曲预紧敏感性，初始几何缺陷的形式在每个极点的轴对称凹坑。阶跃压力下的动力屈曲与准静态屈曲压力有关。在给定压力的条件下，这两种载荷都会使壳体发生灾难性的破坏.阻尼在动力屈曲中起着重要的作用，因为模态之间的时间相关的非线性相互作用，特别是球对称“呼吸”模态和屈曲模态之间的相互作用。在本文中，我们认为，阻尼的精确频率依赖性并不重要，因为大多数阻尼发生在一个单一的频率（呼吸频率）。一般来说，没有一个唯一的阶跃压力阈值将与屈曲相关的响应与不屈曲相关的响应分开。相反，存在一系列的屈曲阈值，取决于阻尼和缺陷的水平，将屈曲发生的压力与不发生的压力分开。对于具有小缺陷和中等缺陷的壳体，动态阶跃屈曲压力可以大大低于准静态屈曲压力。
2019-02-06 cond-mat.soft nlin.PS
The secondary buckling transition: wrinkling of buckled spherical shells
我们从理论上解释了瘪球壳形状的完整序列。随着体积的减小，壳体最初保持球形，然后经历经典屈曲失稳，出现轴对称的韧窝，最后在韧窝边缘附近出现褶皱，在二次屈曲过渡中失去轴对称性。我们描述的第一个轴对称屈曲过渡的数值积分的完整的形状方程组和一个近似的分析模型，由于Pogorelov。在屈曲的形状，这两种方法表现出局部压缩环向应力的区域中，实验和模拟显示多边形皱纹的发展，沿凹窝边缘。在基于扁壳稳定性方程的简化模型中，导出了压缩环向应力的临界值，在该临界值下，压缩的周向纤维将屈曲出其圆形形状以释放压缩。将该临界准则应用于轴对称模型的解，可以计算二次屈曲转变的临界体积。使用Pogorelov方法，我们还获得了一个解析表达式的临界体积在二次屈曲过渡：临界体积差的比例线性与弯曲刚度，而临界体积减少在经典的轴对称屈曲过渡比例与弯曲刚度的平方根。这些结果证实了另一个稳定性分析的框架内的Donnel，Mushtari和Vlasov（DMV）壳理论，并在文献中提供的数值模拟。
2014-08-05 cond-mat.soft
Comparing the buckling strength of spherical shells with dimpled versus bumpy defects
本文研究了缺陷几何形状对外压作用下球壳临界屈曲条件的敏感性的影响。具体来说，我们进行了比较研究，壳包含酒窝（向内）与凹凸不平（向外）高斯缺陷。在最近的许多壳体屈曲研究中，前者已经成为标准形状，而后者仍然大多未被探索。我们采用有限元模拟，这是以前对实验进行了验证，计算击倒因子的两种情况下，同时系统地探索参数空间的缺陷几何形状。对于相同幅度的缺陷的振幅和角宽度，我们发现，含有凹凸不平的缺陷的壳一贯表现出显着更高的击倒因素比壳更经典的酒窝缺陷。此外，作为缺陷的振幅和宽度的函数的击倒的关系在这两种情况下是定性不同的，这也表现出不同的后屈曲行为。根据这两种情况下的平均曲率曲线的定性差异，对结果进行了推测性解释。
2022-12-13 cond-mat.soft
Post-buckling Dynamics of Spherical Shells
我们探索的内在动力学的球壳浸没在流体中的屈曲状态附近，通过实验和三维轴对称模拟。该结果得到了理论模型的支持，该模型准确地将屈曲壳描述为仅两个变量的振荡器。我们量化的有效“软化”的壳以上的屈曲阈值，在最近的实验中观察到封装的微泡和声波之间的相互作用。在邻近流体中的主要耗散机制也得到了证实。
2021-08-04 cond-mat.soft physics.class-ph physics.flu-dyn
Buckling patterns of complete spherical shells filled with an elastic medium under external pressure
研究了充液充压球壳的临界屈曲特性。本文提出了一个基于小挠度薄壳理论的模型，并结合变分原理求解了该模型的方程。在精确公式中，最初不使用轴对称和非延伸假设，弹性介质被建模为Winkler地基，即，使用具有恒定基础模量的非耦合径向弹簧，该弹性模量与壳体屈曲模式的波数无关。基于瑞利-里兹方法的简化近似也被引入临界屈曲压力和模态数，具有相当程度的准确性。特性模态形状证明了广泛的材料和几何参数。建立相图，以获得所需的厚度半径，刚度比为所需的模式配置文件。本精确公式可以很容易地扩展到适用于更一般的情况下，非轴对称屈曲问题。
2011-03-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Secondary polygonal instability of buckled spherical shells
当一个球形的弹性胶囊被放气时，它首先是轴对称的，随后在二次失稳中失去轴对称性，在二次失稳中，凹坑获得多边形形状。我们解释了这种二次多边形屈曲的皱纹发展在内侧的凹坑边缘，在压缩环向应力。通过对轴对称屈曲形状的分析，发现在凹坑边缘处存在一个具有抛物线应力分布的压环向应力。我们进一步表明，存在一个临界值，这个环向应力，它变得有利于膜屈曲出其轴对称形状，从而释放压缩。失稳机制类似于在压缩应力下褶皱的形成。一个简化的稳定性分析使我们能够量化的临界应力的二次屈曲。将此二次屈曲准则应用于轴对称形状，我们可以确定二次屈曲的临界体积。我们的分析结果与现有的数值数据是非常一致的。
2014-06-17 cond-mat.soft
Shock-Sensitivity in Shell-Like Structures: with Simulations of Spherical Shell Buckling
在增加的压力下，未屈曲的壳体处于亚稳态，当接近屈曲载荷时，该亚稳定状态变得越来越不稳定。因此，为了引起过早屈曲，侧向扰动必须克服在屈曲时达到零的减小的能量势垒。两个典型的问题，表现出严重的形式，这种行为是轴向压缩圆柱壳和外部加压球壳。针对圆柱体，最近提出了一种非破坏性的技术来估计“冲击敏感性”的实验室试样使用横向探头来测量非线性载荷-挠度特性。如果在路径上遇到了一个破环分叉，计算机模拟显示了如何通过受控的次级探针来抑制这种情况。在这里，我们扩展我们的理解，一般而言，如何一个单一的控制可以捕获远程鞍解：特别是如何一个对称的探针可以找到一个不对称的解决方案。然后，更具体地说，我们分析了球壳与点和环探头，在具有挑战性的条件下测试程序，以评估其适用范围。而不是一个分叉，球壳提供了一个不稳定的折叠（极限点）的探针的刚性控制下的挑战。
2015-10-06 cond-mat.soft nlin.PS
Active buckling of pressurized spherical shells : Monte Carlo Simulation
通过打破细致平衡的Monte Carlo模拟，发现主动或静息状态可分别诱发或解除加压球壳的屈曲，据此提出可光学控制屈曲的微观弹性球壳的实验设计思路。
2023-02-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Micro-Capsules in Shear Flow
本文研究了弹性胶囊的流动诱导形状转变。从动态诱导的初始球形胶囊的小变形和聚合膜上皱纹的形成出发，简要回顾了有关理论和实验的最新进展。最初的非球形胶囊显示翻滚和坦克踩踏运动在剪切流。假设一个固定的形状，这两种类型的运动之间的过渡的理论描述是在与数值获得的完整的胶囊动力学的差异。为了解决这种差异，我们扩展了小变形的精确运动方程，发现形状变化起着主导作用。我们分类的动态相变，并获得作为粘度对比度，剪切和拉伸流速的函数的相边界的数值和分析结果。我们的结论与时间相关的流动的角度，剪切引起的表面解绑，热波动的作用，并应用随机热力学的概念，这些系统。
2010-04-27 cond-mat.soft
Virus shapes and buckling transitions in spherical shells
我们表明，二十面体包装的蛋白质壳粒提出的卡斯帕和Klug球形病毒变得不稳定，以小面足够大的病毒大小，在类似的屈曲不稳定性的向错在二维晶体。我们的模型，薄弹性壳的非线性物理的基础上，产生良好的一个参数适合在真实空间中的大型球形病毒的全三维形状。小平面的形状仅取决于无量纲的Foppl-von Karman数γ=YR^2/κ，其中Y是蛋白质外壳的二维杨氏模量，κ是其弯曲刚度，R是平均病毒半径。该形状可以根据球谐展开更定量地参数化。我们还研究了极大γ（10^3 < γ< 10^8）的弹性壳理论，发现结果适用于冷冻断裂和电子显微镜研究的大囊泡的二十面体形状。
2003-11-27 cond-mat.soft q-bio.BM
The nonlinear buckling behavior of a complete spherical shell under uniform external pressure and homogenous natural curvature
本文研究了球壳在均匀外压和均匀自然曲率联合作用下的稳定性问题。非机械刺激，例如倾向于改变弹性体的静止曲率的刺激，在大范围的天然和工程系统中普遍存在，并且可能由于热膨胀、pH变化、差异溶胀和差异生长而发生。在这里，我们研究如何存在的一个不断变化的自然曲率和外部压力修改一个完整的球壳的稳定性。我们表明，由于压力和曲率之间的力学类比，正的自然曲率可以严重破坏薄壳的稳定性，而负的自然曲率可以加强壳的屈曲，提供了可能性，设计的壳屈曲在理论极限或以上的压力，即一个敲高因子。这些结果直接从经典的压力下的壳体的稳定性分析，并突出了重要的作用，非机械刺激可以有修改的薄壳中的膜状态的应力。
2018-10-09 cond-mat.soft
Structure and rheology of suspensions of spherical strain-hardening capsules
我们研究了加工硬化球形胶囊的流变学，从稀到浓的制度下的约束剪切流，使用三维数值模拟。我们考虑了毛细管数、体积分数和膜不可伸展性对颗粒变形和有效悬浮粘度以及悬浮液法向应力差的影响。悬浮液显示剪切稀化行为，这是软颗粒如乳液液滴、囊泡、应变软化胶囊和红细胞的特征。我们发现，膜的不可伸展性对流变性起着重要的作用，几乎可以抑制剪切变稀。对于浓悬浮液的膜的不可扩展性上的正常应力差的非单调依赖性被观察到，反映了类似的行为的颗粒形状。相反，有效悬浮液粘度增长并最终饱和，达到非常大的不可扩展性，接近固体颗粒极限。从本质上讲，我们的研究结果表明，加工硬化胶囊共享的流变学特性取决于面积膨胀剪切弹性模量的比例与软颗粒和固体颗粒。此外，悬浮液粘度表现出一个普遍的行为，由毛细管数和膜的不可扩展性所定义的参数空间，当引入颗粒的几何形状的变化在稳态的体积分数的定义。
2020-11-06 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Elasticity of Interfacial Rafts of Hard Particles with Soft Shells
研究了液体界面上蛋白质单分子膜或颗粒筏的弹性模型。基于硬核软壳颗粒的微观观点，建立了一个珠-弹簧模型，并根据连续介质弹性理论进行了分析。该理论可以应用于，例如，疏水蛋白涂层的空气-水界面，或更一般地，涂有相互作用的硬核颗粒的吸附单层的液体界面。我们推导出这种颗粒筏的本构关系，并描述压缩平面液体界面的屈曲以及它们的表观泊松比。我们还使用本构关系获得形状方程的悬垂或浮力胶囊连接到毛细管，并计算这种胶囊的放气形状。与遵循通常的胡克弹性（没有硬核）的胶囊的比较揭示了硬核触发胶囊的卷曲。此外，它示出，与硬核/软壳弹性的放气胶囊的形状分析给出了表观弹性模量，可以远远高于原始值，如果假设胡克弹性。
2015-05-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft q-bio.BM
Buckling of stiff polymer rings in weak spherical confinement
限制是一种通用的和完善的工具，研究聚合物的性质，无论是了解生物过程或开发新的纳米生物材料。研究了半柔性聚合物环在不可穿透壳层的弱球形约束下的构象。我们开发了一个分析参数的主导聚合物的轨迹取决于聚合物的弹性和熵的贡献。进行蒙特卡罗模拟以评估概率密度中的聚合物环构象，并通过形状测量非球面性和非球面性的性质。的平均非球面性和平均性质的非球面性的分析参数的比较证实了我们的推理，以解释聚合物环的构象在刚性政权，弹性响应占上风。
2010-06-24 cond-mat.soft q-bio.BM
Swinging and tumbling of elastic capsules in shear flow
用谱方法研究了弹性微胶囊在无限剪切流场中的变形。胶囊的形状和流体动力学流场展开成光滑的基函数。基函数的导数的解析表达式允许在膜中的指定网格点处的弹性和流体动力学应力和弯曲力的评估。与采用三角剖分方案的方法相比，该方法的优点在于所得到的胶囊形状是自动平滑的，并且需要很少的模式来准确地描述变形。计算进行胶囊与球形和椭球形无应力参考形状。初始球形胶囊的小变形的结果与分析预测相一致。对于最初的椭圆形胶囊，最近的近似理论预测稳定振荡的坦克踩踏倾角，并在低剪切速率下翻滚的过渡。这两种现象也在实验中观察到。使用我们的数值方法，我们可以重现振荡和过渡到翻滚。探索了不同剪切速率和粘度比的全相图。虽然数值计算得到的相图与理论定性一致，但在我们的模拟时间内无法观察到间歇性行为。我们的研究结果表明，初始翻滚运动只是短暂的，在这个区域的相图。
2008-09-03 cond-mat.soft
Shapes of sedimenting soft elastic capsules in a viscous fluid
通过粘性流体驱动的软弹性胶囊经历与它们的运动耦合的形状变形。我们引入一个迭代的解决方案，耦合流体动力学边界积分方法和弹性形状方程，以找到固定的轴对称形状和速度的弹性胶囊在粘性流体中移动在低雷诺数。我们使用这种方法来系统地研究动态的形状转变的胶囊与胡克拉伸和弯曲的能量和球形静止形状的重力或离心力的影响下沉降。我们发现三种类型的可能的轴对称固定形状的沉淀胶囊与固定的体积：一个伪球形的状态，梨形的状态，和屈曲的形状。胶囊形状由两个无量纲参数控制，表征弹性特性的Föppl-von-Kármán数和表征驱动力的Bond数。为了增加重力，球形转变成梨形。对于非常大的弯曲刚度（非常小的Föppl-von-Kármán数），这种过渡是不连续的形状滞后。然而，相应的过渡线终止于临界点，使得不连续过渡不存在于典型的合成胶囊的Föppl-von-Kármán数。在另一个分叉中，随着重力的增加，会出现屈曲的形状。这种类型的不稳定性对于通用合成胶囊应该是可观察到的。所有的形状分叉都可以在沉降胶囊的力-速度关系中得到解决，其中对于相同的驱动力，可以发生多达三种具有不同速度的胶囊形状。所有三种类型的可能的轴对称静止形状是稳定的，相对于在沉积过程中的旋转。
2015-09-08 cond-mat.soft
Buckling instability causes inertial thrust for spherical swimmers at all scales
微型游泳者，其中有抱负的微型机器人，通常必须应付流动的粘性力占主导地位，其特征是低雷诺数（$Re$）。这意味着对身体运动的可能序列的约束，这些序列必须是非互易的。此外，强阻力的存在限制了所得速度的范围。在这里，我们提出了一个游泳机制，它使用的屈曲不稳定性引发的压力波，以推动一个球形，空心壳。与宏观实验模型，我们表明，净位移产生在所有$Re$制度。在中间$Re$处达到由非平凡历史效应引起的最佳位移。我们表明，由于快速激活引起的不稳定性，这一制度是可达到的微观壳。快速动力学还允许用标准行进超声波进行高频激励。规模的考虑预测的游泳速度为1厘米/秒的远程控制microrobot，一个合适的值，如药物输送的生物应用。
2017-10-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Buckling in Armored Droplets
利用耗散粒子动力学模拟，在介观水平上解决了由固体颗粒（装甲液滴）稳定的液滴中的屈曲机制问题。我们考虑在癸烷溶剂中的球形水滴涂覆有两种不同类型的纳米颗粒单层：Janus和均匀。所选择的颗粒产生可比较的初始三相接触角，选择该接触角以使界面处的吸附能最大化。我们研究了液滴形状的演变，分层的颗粒，它们的分布在界面上的液滴的体积减少时，之间的相互作用。我们发现，Janus粒子强烈影响的形状的液滴形成一个火山口般的抑郁症。这种演变是积极控制的紧密堆积的颗粒单层在弯曲的界面。相反，均匀的颗粒被动地跟随液滴的体积减小，其形状不会偏离球形太多，即使当在界面处检测到纳米颗粒单层/双层过渡时。我们讨论了这些屈曲装甲液滴可能是相关的各种应用，包括潜在的药物输送系统和功能表面的仿生设计。
2017-02-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Magneto-active elastic shells with tunable buckling strength
壳体屈曲是许多生物结构和先进功能材料的核心，即使传统上，这种弹性不稳定性被认为是工程结构要避免的灾难性现象。无论哪种方式，预测临界屈曲条件仍然是一个长期的挑战。壳体屈曲的亚临界性质赋予了对材料和几何缺陷的极端敏感性。因此，测得的临界载荷不可避免地低于经典的理论预测。在这里，我们提出了一个强大的机制来动态调整壳的屈曲强度，利用力学和磁性之间的耦合。我们对磁流变弹性体制成的受压球壳进行的实验表明，通过磁致动，其屈曲压力是可调的。我们开发了一个理论模型薄磁弹性壳，合理化的基本机制，在良好的协议与实验。一个无量纲的磁弹性屈曲数被认为是关键的控制参数，结合系统的几何，机械和磁性。
2021-05-14 cond-mat.soft
Elastic capsules at liquid-liquid interfaces
研究了弹性微胶囊在液-液界面吸附时的变形。由于液-液表面张力，在液-液界面处的初始球形弹性胶囊经历周向拉伸，并且根据其弯曲刚度变成透镜形或铁饼形。所得的弹性胶囊变形在性质上类似，但不同于液滴在液-液界面处变形为液体透镜。我们讨论的变形形状的液滴和胶囊吸附在液-液界面的整个范围内的不同的表面弹性：从液滴（只有表面张力）变形成液体透镜，液滴与虎克膜（有限的拉伸模量，零弯曲模量）变形成弹性透镜，微胶囊（有限的拉伸和弯曲模量）变形成圆形的弹性透镜。我们计算胶囊的形状在液-液界面数值使用形状方程的非线性弹性壳理论。最后，我们提出了理论结果的接触角（或胶囊高度）和最大胶囊曲率在三相接触线。这些结果可用于从光学测量推断关于弹性模量的信息。在胶囊变形为透镜状形状期间，液-液界面的表面能转化为胶囊壳的弹性能，从而通过变形产生总体吸附能增益。与填充的软颗粒相比，软中空胶囊表现出吸附能的显著增加，因此，是作为泡沫和乳液稳定剂的有吸引力的候选者。
2018-07-13 cond-mat.soft
Shallow shell theory of the buckling energy barrier: from the Pogorelov state to softening and imperfection sensitivity close to the buckling pressure
本文研究了在均布压力$p$作用下完整球壳对附加点力的轴对称响应。对于低于经典临界屈曲压力$p_c$的压力$p$，点力压入不会导致自发屈曲，但必须克服能量障碍。在能量势垒的最大值处的状态代表不稳定的稳定点的亚临界分支，其是到突跳屈曲状态的过渡态。从非线性扁壳理论出发，我们得到了一个封闭的解析表达式的能量势垒高度，这有利于其有效的数值计算作为压力的函数的延拓技术。我们发现一个明显的交叉两个制度之间：$p/p_c\ll 1$的后屈曲障碍状态是一个镜像倒置的Pogorelov酒窝，和$(1-p/p_c)\ll 1$的障碍状态是一个浅的凹痕小于壳的厚度，并表现出扩展的振荡，这是很好地描述了线性响应。我们发现系统的扩展的非线性浅壳方程的Pogorelov镜像倒置的酒窝$p/p_c\ll 1$和$(1-p/p_c)\ll 1$的线性响应状态，这使我们能够得到渐近分析结果的能量势垒景观在这两个制度。在从下面接近$p_c$处的屈曲分叉时，我们发现理想球壳的软化。点力线性响应的刚度为零$\propto (1-p/p_c)^{1/2}$ ;屈曲能垒为零$\propto (1-p/p_c)^{3/2}$。在Pogorelov极限下，能垒最大值发散$\propto (p/p_c)^{-3}$，相应的压痕发散$\propto (p/p_c)^{-2}$。在软化和Pogorelov制度的比例数值前置因子进行了计…
2019-02-25 cond-mat.soft physics.class-ph
Collapse of orthotropic spherical shells
本文研究了在体积和压力控制下正交各向异性弹性球壳的屈曲和随后的失稳。远远超出了什么是已知的各向同性壳，一个丰富的形态相空间与三个不同的制度出现后，壳的细长度和正交各向异性程度的变化。我们广泛的数值模拟与使用制造的聚合物壳的实验一致。壳屈曲路径和相应的应变能演化强烈依赖于材料的正交各向异性。我们发现令人惊讶的强大的正交各向异性结构与气孔细胞和tricolate花粉粒的强烈相似性，这表明自然界的几个崩溃的外壳的形状可以理解的观点，材料正交各向异性。
2019-07-11 cond-mat.soft physics.bio-ph
Spheroidal and conical shapes of ferrofluid-filled capsules in magnetic fields
本文采用数值和解析相结合的方法研究了在固定体积的均匀磁场中填充铁磁流体的软球弹性胶囊的变形。我们开发了一种基于非线性弹性形状方程的数值迭代求解策略来计算拉伸胶囊的形状数值和耦合的有限元和边界元方法来解决相应的静磁问题，并采用解析线性响应理论，近似能量最小化，细长体理论。所观察到的变形行为定性地类似于均匀磁场中的铁磁流体液滴的变形。均匀的磁场使胶囊伸长，并且在临界场强下发生从球形形状到圆锥形形状的不连续形状过渡。我们研究胶囊弹性如何修改这种滞后形状过渡。我们表明，圆锥形胶囊的形状是可能的，但涉及发散的拉伸因子的提示，这会导致真正的胶囊材料破裂。在一个细长体近似，我们发现，临界磁化率以上的圆锥形状发生的铁磁流体胶囊是相同的液滴。在小的领域胶囊保持球形，我们的特点是变形的球形胶囊的分析和数值。最后，我们确定在磁场中的拉伸过程中是否会发生球状胶囊的扭曲，以及它如何改变拉伸行为。我们发现之间的非平凡的依赖性的程度的褶皱区域和胶囊的伸长率。我们的研究结果可以帮助，以定量确定胶囊或磁流体材料的磁变形实验的性质。所有的结果也适用于弹性胶囊填充的介电液体在外部均匀电场。
2018-04-13 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Elastic capsules in shear flow: Analytical solutions for constant and time-dependent shear rates
本文研究了微胶囊在线性剪切流中的动力学行为，建立了一个简化的两自由度模型。在以往的工作中，稳定的剪切流，这个模型的动态阶段，即摆动，翻滚和间歇性的行为，已被确定使用数值方法。在本文中，我们整合的准球极限运动方程的分析时间常数和时间依赖的剪切流使用匹配的渐近展开。利用这种方法，我们找到了一般含时剪切流中平均翻滚速率的解析表达式。胶囊动力学进行了更详细的研究时，逆剪切速率是谐波调制周围的一个恒定的平均值的动态相图构建。通过明智地选择调制频率和相位，即使平均剪切速率对应于摆动状态，也可以诱导翻滚运动。我们推导出谐振峰的振幅和宽度随调制频率变化的表达式。
2009-02-26 cond-mat.soft
Large deformation electrohydrodynamics of an elastic capsule in DC electric field
研究了在均匀直流电场作用下，一个含有牛顿流体的球形弹性胶囊在一个弹性膜和另一个牛顿流体中的动力学行为。诸如内部和外部流体介质的电导率以及膜的电容和电导率的电特性的不连续性导致净界面麦克斯韦应力，其可以引起这种弹性胶囊的变形。我们调查这个问题，考虑良好的膜法律薄的弹性膜，充分解决流体力学的斯托克斯流量限制和描述的静电使用的电容器模型。在小变形的极限下，解析理论对动力学的预测相当令人满意。然而，在高毛细管数下的大变形需要数值方法（在本例中为边界元法）来解决这个高度非线性的问题。类似于囊泡，在中间时间，高度非线性的双凹形状以及正方形和六边形的形状时，观察到外部介质更导电。该研究确定的重要性，如高膜电容，低膜电导，低流体动力学时间尺度和高毛细管数观察这些形状转变的参数。过渡是由于大的压缩麦克斯韦应力在两极在中间时间。因此，这种形状转变可以在允许电容的球形小球中看到，可能与界面回复力的性质无关。
2017-08-29 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Numerical deflation of beach balls with various Poisson's ratios: from sphere to bowl's shape
我们提出了一个数值研究的形状由一个球形弹性表面时，它包围的体积减少。对于2D参数的范围内，这样的表面可以模拟一个薄壳的各向同性弹性材料，变形模式，开发一个单一的凹陷进行了详细研究。它首先通过从球体向轴对称凹坑的屈曲发生，然后通过沿子午线部分折叠而在凹陷失去其轴对称性的地方发生第二次屈曲。我们可以展示出第一次和第二次屈曲发生时相对体积变化的统一主曲线，并阐明泊松比的作用。在第二次屈曲后，研究了折叠次数和内部压力，从而可以仅从观察和/或外部约束的知识来推断壳体特征。
2012-05-30 cond-mat.soft
Magnetic chains: From self-buckling to self-assembly
球形钕铁硼磁体是一种永磁体，由于其高的磁强度，可以组装成各种结构。这些磁体的一维链以使人想起弹性杆的方式响应机械负载。我们研究了铁磁球组装的宏观力学性质，考虑链，环，和手征圆柱体的磁铁。能量估计和简单的实验的基础上，我们引入了一个有效的磁弯曲刚度的磁铁链，并表明，与经典的弹性杆的结果，它提供了很好的估计磁链的屈曲和振动动力学。然后，我们用这个估计来了解动态自组装的圆柱体从一个最初的直链的磁铁。
2013-12-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Buckling of geometrically confined shells
我们研究的周期性屈曲模式时出现的弹性壳受到几何约束。残余膨胀提供了一系列形状（鞍形，轧制板，圆柱体和球形截面），这些形状的外在和内在曲率各不相同。我们的实验和数值数据表明，当这些结构被径向限制时，一个单一的几何参数-总壳半径与不受约束的材料量的比率-预测形成的瓣的数量。然后，我们推广我们的模型来解释这个参数作为一个有效的基础刚度松弛的面内约束。在实验上，我们表明，减少横向限制的鞍瓣数减少根据我们的有效刚度模型。因此，一个几何参数捕获波数通过广泛的径向和横向的限制，连接壳的形状的边界的形状，限制it. We预计这些结果是相关的壳形状的扩展，从而适用于设计的形状-移动材料和软结构的膨胀和增长。
2018-10-10 cond-mat.soft
Hydrodynamic mobility of a solid particle nearby a spherical elastic membrane. I. Axisymmetric motion
我们使用图像解决方案的技术来计算的领先阶频率依赖的自迁移率函数的小固体颗粒垂直于表面的球形胶囊，其膜具有剪切和弯曲刚度。将我们的结果与先前获得的无限延伸的平面弹性膜的结果进行比较，我们发现膜曲率导致流动性出现一个突出的附加峰。这一峰值归因于弯曲膜的剪切阻力涉及表面法向位移的贡献，而平面膜的情况并非如此。在频率极限为零时，只有当膜具有非零的剪切阻力时，才能恢复无滑移硬球附近的粒子自迁移率。我们进一步研究胶囊运动，发现对流动性功能是完全由膜剪切性能。我们的分析预测验证完全解决边界积分模拟获得了很好的协议。
2016-12-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Elasticity of spheres with buckled surfaces
本文利用固体调和函数提出求解球体与球形空腔表面变形线弹性问题的直接方法，给出任意球谐阶数下的弹性能闭式解，并据此重新分析核壳屈曲不稳定性，确定了核壳球体及球形空腔的形状相图。
2023-03-02 cond-mat.soft
Robust fabrication of ultra-soft tunable PDMS microcapsules as a biomimetic model for red blood cells
The University of Manchester（曼彻斯特大学）
本研究利用三维嵌套玻璃毛细管装置稳健制备单分散可调超软PDMS微胶囊，经渗透收缩后可仿生红细胞的流动变形特性，为微血流动力学研究提供工具，也可拓展应用于其他领域。
2023-02-21 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Deformation and orientation of a capsule with viscosity contrast in linear flows: a theoretical study
Aix Marseille Univ, CNRS, CINAM（艾克斯-马赛大学，法国国家科学研究中心，核磁共振与分子相互作用中心）
研究了具有粘性对比的胶囊在线性流中的变形与取向，通过扰动理论分析弹性响应和表面张力的影响，揭示了泰勒参数与弹性毛细数及弯曲刚度的关系。
2026-02-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Elastic Platonic Shells
在微观尺度上，柔性栓系或交联膜的结晶度决定了它们的机械响应。我们表明，通过控制球弹性壳上缺陷的类型、数量和分布，可以直接控制这些结构的形态。我们的数值模拟表明，通过收缩一个晶体壳缺陷，我们可以创建弹性壳类似物的经典柏拉图固体。这些形态出现通过一个尖锐的屈曲过渡从球，这是强烈的滞后在加载-卸载。我们构造了一个最小的朗道理论的过渡使用二次和三次不变量的球谐模。我们的方法建议工程师的软球壳形状使用冻结缺陷拓扑结构。
2013-06-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Using Particle Shape to Control Defects in Colloidal Crystals on Spherical Interfaces
University of Michigan（密歇根大学）
通过调节粒子形状控制球形界面胶体晶体中的缺陷分布，揭示了缺陷从正方形反棱柱到二十面体对称性的转变。
2025-12-30 cond-mat.soft
Shape transitions in soft spheres regulated by elasticity
我们研究弹性驱动的软球核壳结构的形态转变，其中的核心可以被视为一个各向同性的弹性连续体和表面或壳作为一个无张力的液体层，其弹性响应是由弯曲为主。为了产生过渡，我们考虑的情况下，液体层的表面积增加了固定量的内部弹性材料。我们发现，一般有一个临界的过剩表面积，各向同性球变得不稳定的屈曲。此时它采用了较低对称性的褶皱结构，可以用球谐变形来描述。我们研究了屈曲球和临界过渡区的弹性参数和系统的大小的依赖性。我们还将我们的研究结果与最近的实验上的凝胶填充囊泡，因为它们的内部体积减少。该理论可能有更广泛的应用，从宏观到微观的各种相关结构，包括干豌豆，葡萄干，以及细胞核的螺旋。
2013-10-16 cond-mat.soft
Fluctuating shells under pressure
热波动强烈地改变交联膜的大长度尺度弹性行为，引起尺度依赖的弹性模量。虽然热效应在平膜是很好的理解，许多天然和人工的微结构建模为薄弹性{ \it壳}。壳的非零曲率，这提供了一个尺寸依赖的耦合面内拉伸模式和平面外的起伏之间的平面膜的区别。此外，壳体可以支持其内部和外部之间的压力差。关于热涨落对壳体弹性性质的影响，人们知之甚少。在这里，我们研究的统计力学的形状波动在加压球壳微扰理论和Monte Carlo计算机模拟，明确包括曲率和向内的压力的影响。我们预测波动薄壳下的点压痕和压力引起的变形的新特性。由于热波动的贡献随着壳体半径与厚度的比率的增加而增加，并且当该比率和热能的乘积与壳体的弯曲刚度相比变大时，热波动的贡献占主导地位。当壳体受到较大的均匀向内压力时，热效应增强，当该压力接近壳体的经典屈曲转变时，热效应发散。我们的研究结果是相关的弹性和渗透塌陷的微胶囊。
2012-10-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
