Connecting local active forces to macroscopic stress in elastic media
与普通材料不同，生命物质通过产生主动的、不平衡的内应力来驱动自己的运动。这些应力通常源自嵌入弹性介质中的局部活性元件，例如细胞内的分子马达或组织中的收缩细胞。虽然许多大规模的现象学理论，这种活跃的媒体已经发展，从当地的力产生的元素出现的应力缺乏系统的理解。在本文中，我们提出了一个严格的理论框架来研究这种关系。我们证明了在任意几何形状的连续和离散线性均匀介质中，介质的宏观主动应力张量等于单位体积的主动单元力偶极张量。这种关系在存在无序的情况下平均是守恒的，但在非线性弹性介质中可以被破坏。这种效应可以导致活性应力的增强或减弱，让我们对自然界利用微观力量创造活性材料的方式有了一个初步的了解。
2014-11-12 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Poisson's ratio in composite elastic media with rigid rods
本文研究了弹性介质中杆复合材料的弹性响应。我们计算的微观力学响应函数，和体弹性常数作为杆密度的函数。我们发现两个不动点的泊松比相对于除了杆在3D复合材料：有一个不稳定的不动点的泊松比=1/2（不可压缩系统）和一个稳定的不动点的泊松比=1/4（可压缩系统）。我们还推导出一个近似表达式的弹性常数为任意杆密度，产生精确的结果，为低和高密度。这些结果可能有助于解释最近的实验[Physical Review Letters 102，188303（2009）]，该实验报告了F-肌动蛋白网络中微管复合物的可压缩性。
2010-08-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Anisotropic elastic theory of preloaded granular media
从颗粒间接触的微观弹性出发，系统地导出了静态预加载颗粒介质中应力的宏观弹性描述。假设的预加载状态和接触处的摩擦确保了晶粒间接触的网络不会因小的扰动而改变。该网络的纹理，由系统的准备设置，在二阶和四阶织物张量中编码。一个小的扰动会产生法向和切向的晶粒间力，后者会导致晶粒重新取向。这种再取向响应和增量应力用宏观应变表示。
2004-09-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Stress-dependent amplification of active forces in nonlinear elastic media
生物体中机械应力的产生在很大程度上依赖于嵌入丝状基质中的局部的、产生力的活性单元。具有固定边界的离散纤维网络的数值模拟表明，基体中的屈曲显著地放大了所产生的主动应力。在这里，我们将这一结果扩展到一个bucklable连续弹性介质受到任意的外部应力，并推导出解析表达式的活性，非线性本构关系表征的全活性介质。插入这些关系到流行的“活性凝胶”的活组织和细胞骨架的描述将使调查非线性制度以前无法访问，由于这些理论的现象学性质。
2018-05-07 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Push and Pull: Elastic Interaction Between Pressurized Spherical Cavities in Nonlinear Elastic Media
本文通过有限元分析，研究了超弹性介质中受压球形空腔的弹性相互作用，发现负压下始终吸引，正压超过临界值时出现近距离吸引、远距离排斥的非单调行为，并绘制了相图。
2025-08-06 cond-mat.soft
Nonlinear effects for coda-type elastic waves in stressed granular media
本文介绍了松散颗粒介质中多次散射弹性波的非线性声学效应的实验结果及其解释。中心频率高于介质的所谓截止频率的短波包在静态应力玻璃珠板的一侧发射，并在多次散射和非线性相互作用后在另一侧接收。由于非线性和散射，典型的信号与其初始辐射形状相比强烈失真。结果表明，声波的变形幅度远低于平均静态变形的接触在介质中可以修改介质的弹性性能，特别是对于弱接触骨架部分。这解决了声激励期间和之后的颗粒结构的再现性的问题，这是必要的，以了解在颗粒介质的弹性性能的声学方法的非破坏性测试。尾波信号分析被证明是一个强大的时间分辨工具，以监测轻微的修改，在弹性响应的松散颗粒结构。
2008-05-29 cond-mat.soft physics.class-ph
On the quasi-static effective behaviour of poroelastic media containing elastic inclusions
本研究的目的是获得有效的准静态行为的复合介质，由多孔弹性矩阵包含弹性不可渗透的夹杂物。为此，使用渐近均匀化方法。在局部尺度上，控制方程包括Biot模型的多孔介质中的孔隙弹性和Navier方程的夹杂物，具有相同数量级的弹性属性。Biot的两相模型的孔隙弹性得到的宏观尺度上，但与有效的参数，强烈影响的夹杂物的分布，即使在低体积分数。对流体流动的影响是严格的几何形状，表明夹杂物不起多孔网络的作用。
2019-02-14 cond-mat.soft
Some results on finite amplitude elastic waves propagating in rotating media
提出并解决了与弹性运动有关的两个问题。第一：在哪种理论框架下，可以写出匀速转动的弹性半空间的运动方程？可以看出，非线性有限弹性提供了这样一个框架不可压缩固体。第二：如何产生有限振幅精确解？可以看出，对于具有一般剪切响应的旋转不可压缩弹性固体中的某些有限振幅横波，可以通过将运动方程化为与经典力学中心运动问题等价的常微分方程组来获得解。在圆偏振谐波行波的特殊情况下，色散方程求解各种剪切响应的封闭形式，包括橡胶和软生物组织的非线性模型。一个富有成效的类比与非线性字符串的运动指出。
2013-06-02 cond-mat.soft
Flow of Electrically Charged Fluids Through Elastic Porous Media
本研究采用三连续介质模型，系统推导了带电流体在弹性多孔介质中流动的控制方程，所得非线性理论适用于大变形和强电场。\n
2024-02-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Investigating the relation between elastic and relaxation properties of dry, frictional granular media during shear deformation
本研究通过离散元模拟揭示干摩擦颗粒介质在剪切变形中弹性刚度持续存在且部分退化，应力弛豫呈压缩指数，并指出其流变行为存在依赖损伤的粘弹塑性向粘性转变的复杂机制。
2025-02-24 cond-mat.soft
Generic Stress Rectification in Nonlinear Elastic Media
非线性介质中的应力传播在细胞生物学中是至关重要的，其中分子马达在纤维状细胞骨架上施加各向异性力偶极子。虽然力偶极可以是收缩的或膨胀的，但由在压缩下弯曲的纤维制成的介质将这些应力矫正为生物学上至关重要的收缩。然而，缺乏对这种整流现象作为介质弹性的函数的一般理解。在这里，我们使用理论连续弹性表明，矫正实际上是一个非常普遍的效果，在非线性材料受到各向异性的内部应力。我们分析表明，bucklable和本构线性材料的几何非线性纠正小的收缩力，而粒状材料纠正膨胀。使用模拟，我们还表明，这些结果扩展到更大的力量。除了纤维网络，这些结果可以揭示应力在脆性或颗粒状材料中的传播，随后的局部塑性重排。
2022-06-11 cond-mat.soft
Cavitation controls droplet sizes in elastic media
生物细胞使用液滴来分离组分并在空间上控制其内部。实验表明，复杂，拥挤的细胞环境影响液滴的排列和它们的大小。为了理解这种行为，我们在这里构建了一个理论描述的液滴在弹性基质中生长，这是由实验在合成系统中的单分散乳液在温度下降过程中形成的动机。我们表明，大液滴只形成时，他们打破周围的矩阵在空化事件。与空化相关联的能量屏障使小液滴在网格尺寸的量级上稳定，并减少成核的随机效应。因此，空化液滴具有相似的尺寸和高度相关的位置。特别是，我们预测空化液滴的密度，随着冷却速度的增加，在实验中。我们的模型还表明如何调整冷却协议和成核点的密度影响液滴尺寸分布。总之，我们的理论解释了弹性基质如何影响合成系统中的液滴，并为理解生物学案例提供了一个框架。
2021-02-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Kibble-Zurek mechanism in curved elastic surface crystals
拓扑缺陷塑造了物理系统的材料和输运性质。例子包括量子超流体中的涡旋线、石墨烯的缺陷介导屈曲、铁磁体和胶体晶体中的晶界，以及早期宇宙中形成的域结构。Kibble-Zurek（KZ）机制描述了在具有恒定的有限淬火速率的连续非平衡相变中拓扑缺陷的形成。普遍的KZ标度律已被实验和数值验证的二阶跃迁在平面欧几里德几何，但其有效性的不连续的一阶跃迁在弯曲和拓扑非平凡系统仍然提出了一个悬而未决的问题。在这里，我们使用最近的实验证实的理论来研究拓扑缺陷形成的弯曲的弹性表面晶体应力淬火的双层材料。研究球形和环形晶体，我们发现，缺陷密度遵循KZ型幂律的表面几何形状和拓扑结构无关。此外，成核序列同意最近的实验观察球形胶体晶体。这些结果表明，KZ标度律适用于比以前认为的更广泛的一类动态相变，包括非平面几何结构中的非热一级相变。
2017-04-18 cond-mat.soft
Elasticity from the Force Network Ensemble in Granular Media
在力网络系综的框架内，通过数值计算无摩擦颗粒的六边形堆积和摩擦颗粒的矩形堆积的力学响应，研究了静态颗粒材料中力的传递。在这两种情况下，接近过载的应用点，响应是非线性的，并显示两个峰值，而在更大的长度尺度，它是线性的和弹性的。这两种行为之间的交叉发生在随着过载的大小而增加的深度处，并且随着摩擦的增加而减小。
2006-10-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Transient Elasticity -- A Unifying Framework for Thixotropy, Polymers, and Granular Media
Universität Tübingen（蒂宾根大学）
本文提出瞬态弹性理论，统一解释粘性流体、聚合物和颗粒介质的非牛顿行为，通过弹性松弛和双温模型解释粘性流体的非牛顿特性。
2026-09-22 cond-mat.soft
Seismic-like organization of avalanches in a driven long-range elastic string as a paradigm of brittle cracks
非均质材料中的损伤和断裂经常表现出由连续的脉冲状事件组成的突发动力学，这些事件形成特征余震序列，这些余震序列遵循最初在地震学中推导出的特定标度定律：古腾堡-里克特定律、生产率定律、巴斯定律和大森-宇津定律。我们在这里展示了这些法律如何自然地出现在模型中的远程弹性脱钉界面作为一个范例来模拟裂纹在非均匀介质中的传播。我们解开的具体条件下，观察这种地震样组织的裂纹扩展问题。除了故障问题，结果扩展到各种情况下所描述的模型相同的普适性类：接触线运动的润湿问题或畴壁运动脏铁磁体，仅举几例。
2019-05-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Elastic Interaction of Pressurized Cavities in Hyperelastic Media: Attraction and Repulsion
本研究通过计算模拟发现二维超弹性介质中受压圆柱空腔的弹性相互作用存在吸引和排斥两种模式，由临界压剪比调控，还分析了应变硬化的影响，为软材料设计与地下工程提供参考。
2025-01-13 cond-mat.soft
Elastic turbulence homogenizes fluid transport in stratified porous media
许多关键的环境、工业和能源过程依赖于控制地下多孔介质内的流体输运。这些介质通常在结构上是不均匀的，通常具有不同渗透率的垂直分层地层-导致跨地层的流动的不均匀分配，这可能是不期望的。在这里，使用直接原位可视化，我们表明，聚合物添加剂可以通过诱导纯弹性流动不稳定性，产生随机时空波动和个别地层中的流动阻力过大，使这种流动均匀化。特别是，我们发现，这种不稳定性出现在较高渗透率的地层中施加的流速较小，转向低渗透率的地层，并有助于均匀的流动。在实验的指导下，我们开发了一个并联电阻模型，定量预测的流量，在此均匀化是优化一个给定的分层介质。因此，我们的工作提供了一个新的方法，在非均匀多孔介质中的非均匀流体和被动标量输运。
2022-07-12 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft nlin.CD
Anisotropy in granular media: classical elasticity and directed force chain network
提出了一种理解二维各向异性颗粒层应力响应函数的一般方法。该方法既适用于经典的各向异性弹性理论，也适用于各向异性有向力链网络的线性理论。也许令人惊讶的是，双峰响应函数甚至可以出现在经典的各向异性弹性材料中，例如具有不同刚度的三角形弹簧网络。在这种情况下，峰值宽度与层的高度线性增长，相反的扩散中发现的“应力只有”双曲线模型。原则上，有向力链网络可以表现出双曲线模型的双峰，扩散扩展的响应函数，但在这里研究的一个特定的类中的所有模型被发现是在椭圆形政权。
2003-01-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Elasticity Induced Force Reversal Between Active Spinning Particles in Dense Passive Media
活性粒子的自组织由它们的动态有效相互作用决定。这种相互作用由这种活性剂所处的介质控制。在这里，我们研究了在一个致密的非活性介质中的活性剂之间的相互作用。我们的系统由驱动自旋（主动）粒子嵌入在一个致密的单层被动（非主动）粒子。我们表明，被动单层的存在下，显着改变系统的性能，并导致主动自旋粒子之间的力从排斥到吸引力的逆转。这种反转的起因是由于主动应力和系统弹性之间的耦合。这一发现为复杂和结构化介质中活性剂之间的相互作用提供了一种新的机制，开辟了通过介质的机械特性调节相互作用范围和方向性的新机会。
2015-12-08 cond-mat.soft physics.chem-ph
Forces and torques on rigid inclusions in an elastic environment: resulting matrix-mediated interactions, displacements, and rotations
将刚性夹杂物嵌入弹性基质材料中是具有高度实用性的过程，例如用于制造弹性复合材料。我们从理论上分析了以下情况。刚性球形夹杂在粘性边界条件下被均匀弹性介质包围。力和扭矩直接从外部施加到夹杂物上，或者在夹杂物之间由外部引起。夹杂物通过相对于周围弹性基体的平移和旋转来响应这些力和扭矩。这导致弹性基体变形，并进而导致夹杂物之间的相互长程基体介导的相互作用。从低雷诺数流体动力学适应一个众所周知的方法，我们明确地计算的位移和旋转的夹杂物从外部施加或诱导的力和扭矩。解析表达式作为一个功能的夹杂物配置的可压缩性和可旋转性矩阵。弹性环境的作用隐含在这些关系中。也就是说，所得到的表达式允许直接从夹杂物构型计算诱导位移和旋转，而不必明确地确定弹性环境的变形。与流体动力学的情况相反，周围介质的可压缩性很容易被考虑在内。我们提出了完整的推导基础上的基本方程的线弹性理论。例如，在未来，该方法将有助于表征外部可调弹性复合材料的行为，加速数值方法，以及提高微观流变结果的定量解释。
2017-04-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Elastic turbulence generates anomalous flow resistance in porous media
不同的工艺依赖于聚合物溶液通过多孔介质的粘性流动。在许多情况下，宏观流动阻力突然增加超过阈值流量在多孔介质-但不是在散装溶液。为什么半个多世纪以来一直是个谜。在这里，通过直接可视化透明的3D多孔介质中的流动，我们证明了这种异常增加是由于弹性不稳定性的开始。我们确定，能量耗散的不稳定的流动波动，这在孔隙中的变化，通过整个介质的流动阻力产生异常增加。因此，通过将不稳定流动的孔尺度开始与宏观运输联系起来，我们的工作为预测和控制聚合物溶液流动提供了普遍适用的指导方针。
2020-11-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Cytoskeleton mediated effective elastic properties of model red blood cell membranes
人红细胞的质膜由附着在下面的细胞骨架聚合物的规则网络上的脂质双层组成。我们在一个动态的粗粒度的水平上对这个系统进行建模，将双层视为一个弹性片，将细胞骨架网络视为一系列幻影熵弹簧。与之前的模拟工作相比，我们明确地解释了细胞骨架网络的动力学，通过蛋白质锚的运动将细胞骨架连接到双层，并通过单个细胞骨架丝的断裂和重新连接。在一个简单的平均场渗流模型的上下文中解释了模拟结果，并与红细胞波动幅度的实验测量结果进行了比较。
2008-06-24 cond-mat.soft q-bio.SC
Droplet impact on elastic substrates: force scaling crossover
本文研究液滴撞击弹性基底时的最大冲击力标度律，发现其从惯性力标度交叉转变为赫兹冲击标度，并通过高速光弹性层析成像确定相似参数，为软质耐冲击材料设计提供理论依据。
2025-02-05 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Note on kinematics, dynamics, and thermodynamics of plastic glassy media
提出了描述连续介质弹性和塑性形变运动学的统一几何方法。在此基础上，我们研究了玻璃塑性介质中的力学变形、粘性流动和热输运。因此，我们得出适当的微分方程，这些现象的形式适用于液体，弹性固体，以及塑性固体材料。
2003-04-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Force-induced elastic matrix-mediated interactions in the presence of a rigid wall
我们考虑一种弹性复合材料，其在由刚性壁限定的软弹性基质中含有颗粒夹杂物，例如，基板。如果这种复合材料用作软致动器，则力被施加在嵌入的颗粒上或在嵌入的颗粒之间引起。我们研究了刚性壁的存在如何影响弹性基体中夹杂物之间的相互作用。对于无滑移边界条件，我们转移布莱克的推导相应的格林函数从低雷诺数流体力学的线性弹性的情况下。无滑动和自由滑动表面条件的结果进行了比较，彼此和散装行为。我们的研究结果表明，自由滑动表面条件的墙壁是首选的，当他们作为基板的弹性复合材料制成的软致动器。正如我们进一步证明的那样，刚性壁的存在可以定性地改变夹杂物之间的相互作用。实际上，它可以将吸引相互作用转换为排斥相互作用（反之亦然）。在未来的实验中观察效果并结合我们的结果应该是直截了当的，例如，在刚性表面上模拟生物细胞和组织。
2017-04-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Nonaffine Correlations in Random Elastic Media
以空间均匀弹性模量为特征的材料在其边界处受到外部应力时经历仿射变形，即，它们从均匀参考状态的位移$\uv (\xv)$随着位置$\xv$线性增长，并且它们的应变在空间上是恒定的。许多材料，包括所有宏观各向同性的非晶材料，具有随位置随机变化的弹性模量，并且它们必然会响应于外部应力而经历非仿射变形。我们研究一般方面的非仿射响应和相关性，使用解析计算和数值模拟。定义非仿射位移$\uv' (\xv)$为$\uv (\xv)$与仿射位移之差，并研究了非仿射关联函数$\mathcal{G} = < [\uv'(\xv) - \uv' (0)]^2>$及相关函数.我们引入了四种模型随机系统，其随机弹性模量由局部随机弹性常数、随机配位数、随机应力或它们的任意组合引起。我们分析和数值表明，$\mathcal{G}$规模为$A |\xv|^{-(d-2)}$的振幅$A$是成比例的本地弹性模量的方差，无论其起源的随机性。我们证明了非仿射位移的驱动力是随机弹性常数张量乘以仿射应变的空间导数。随机应力本身不会驱动非仿射响应，尽管它可能产生的弹性模量的随机性会驱动非仿射响应。我们研究了随机弹性模量中具有短程和长程相关性的模型。
2006-02-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
