The mechanics of anisotropic spring networks
我们构造并分析了一个具有各向异性的无序线性弹簧网络模型。建模的动机是，例如，颗粒系统，弹性体，并最终表现出一些潜在的各向异性的细胞骨架网络。该模型由一个三角形晶格与两个不同的键占据概率，$p_x$和$p_y$，线性弹簧。我们发展了一个有效介质理论（EMT）来描述网络弹性作为$p_x$和$p_y$的函数。我们发现，在EMT刚性的发病同意麦克斯韦约束计数。我们还发现超越线性行为的剪切模量和体积模量的占有概率的函数在刚性相的小应变，这不同于各向同性的情况下。我们比较我们的EMT与数值模拟，找到相当好的协议。最后，我们讨论了有效介质理论的延伸范围的影响，以及与各向异性和各向同性弹簧网络的先前工作的连接。
2014-12-18 cond-mat.soft
Rigidity Loss in Disordered Systems: Three Scenarios
我们揭示了三种类型的无序网络材料的刚性过渡的显着质的差异：随机稀释的弹簧网络，堵塞的球体填料，和应力缓解网络，使用的协议，避免出现软盘区域稀释。堵塞和应力释放网络的边缘状态是全局均衡的，而边缘随机稀释网络既有过约束区域，也有欠约束区域。当在这些均衡系统中添加或移除单个键时，堵塞的网络变得全局过约束或松弛，而对应力消除的网络的影响则更加局部和有限。这些差异也反映在线性弹性性质，并指出全球自组织的高度有效和不寻常的作用，在堵塞的球体包装。
2015-04-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Role of local response in manipulating the elastic properties of disordered solids by bond removal
我们探讨的范围内，无序弹簧网络的弹性可以通过删除选定的债券操纵。通过考虑键的局部响应，我们证明了修剪的有效性可以提高，使得拉胀（即，负泊松比）材料可以被设计而不形成裂纹，甚至同时保持网络的全局各向同性。体模（$B$）和剪切模（$G$）随去除的键数而变化，我们估计了表征这些幂律的指数。我们还发现，有空间相关长度的变化$B$和$G$后，删除不同的债券，发散的网络接近均衡的限制，其中多余的配位数$ΔZ\rightarrow0$。
2017-08-23 cond-mat.soft
Stiffening of under-constrained spring networks under isotropic strain
无序弹簧网络是研究非晶材料宏观力学性能的一个有用范例。在这里，我们研究了欠约束弹簧网络的弹性行为，即网络的自由度比弹簧大。虽然这样的网络通常是松软的，但它们可以通过施加外部应变来硬化。最近，一个分析形式主义已经发展到预测的机械网络性能接近这个刚性过渡。在这里，我们数值表明，这些预测适用于许多不同类别的弹簧网络，包括幻影三角形，Delaunay，Voronoi和蜂窝网络。分析预测进一步表明，剪切模量$G$的比例线性与各向同性应力$T$接近刚性过渡，但是，这似乎是在最近的数值研究表明，$G$和$T$，这是小于一个为某些网络类之间的指数不一致。使用增加的数值精度和剪切稳定，我们在这里证明，接近过渡的线性缩放，$G\sim T$，保持独立的网络类。最后，我们表明，我们的结果不受或仅受有限大小效应的影响很弱，这取决于网络类。
2022-04-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Predicting the mechanical properties of spring networks
LadHyX, CNRS, Ecole polytechnique, Institut Polytechnique de Paris（拉迪克斯实验室，法国国家科学研究中心，巴黎综合理工学院，巴黎理工学院）
本文提出了一种方法，能够推导出任意离散弹簧网络的精确弹性连续体模型，成功捕捉了仿生材料的力学特性。
2025-12-12 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Test of a scaling hypothesis for the structure factor of disordered diblock copolymer melts
稠密聚合物液体（如嵌段共聚物熔体）的粗粒理论预测平衡性质对几个无量纲参数的普遍依赖性。对于对称的二嵌段共聚物熔体，这样的理论预测仅对chi N和Nbar的普遍依赖性，其中chi是有效的相互作用参数，N是聚合度，并且Nbar是重叠的量度。我们测试是否从几个不同的模拟模型得到的结构因子S（q）的模拟结果是一致的，这两个参数的标度假设。我们比较了三种模型的结果：（1）晶格蒙特卡罗模型，键涨落模型，（2）珠弹簧模型与苛刻的排斥相互作用，类似于Kremer和Grest的，和（3）珠弹簧模型之间的非常软的排斥，强烈重叠珠。我们比较结果对不同的模型，已被设计为具有匹配的值的Nbar，在一系列的值的chi N和N，并设计方法来测试的缩放假设，而不依赖于任何预测的现象学相互作用参数chi取决于更微观的参数。结果强烈支持缩放假设，即使是相当短的链，确认它确实是可能的，以给出一个准确的通用描述的模拟模型，不同的许多细节。
2012-07-05 cond-mat.soft
Non-equilibrium dynamics of isostatic spring networks
临界稳定系统表现出丰富的临界力学行为。这样的均衡组件可以被内部活动驱动出平衡，但目前还不清楚这些系统的均衡和临界性质如何影响其非平衡动力学。在这里，我们研究了均衡阈值对活跃稀释泉网络非平衡动力学的影响。在我们的模型中，非均匀分布的有源噪声源驱动系统进入非平衡稳态。我们通过特征循环频率$ω$（相关相空间电流循环的度量）来量化最近邻居网络节点的非平衡动态。这些最近的邻居循环频率的分布表现出关键的缩放，我们使用平均场的方法来描述。总的来说，我们的工作提供了一个理论方法来阐明边缘的作用，积极的无序系统。
2018-09-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Designing precise dynamical steady states in disordered networks
本研究针对无序弹簧网络动力学稳态设计问题，采用时间反向传播与梯度下降法，验证了微小结构改动即可实现多种奇异动态响应，揭示了收敛性的影响因素与系统的任务特异性适应特性。
2024-12-15 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Linking microscopic and macroscopic response in disordered solids
谐波弹簧的刚性网络的模量取决于由于施加的变形而导致的每个键中的能量的总和：体积模量$B$的情况下的压缩，或剪切模量$\mathcal{G}$的情况下的剪切。扭曲不需要是全局的，我们引入了一个局部模量，$L_{i}$，与改变网络中单键的平衡长度，$i$。我们表明，$L_{i}$是有用的理解整个系统的机械响应的许多方面。例如，它允许理解和有效计算网络中的每个键如何对诸如$B$和$\mathcal{G}$之类的全局性质做出贡献，并揭示特定键对一个模量的贡献如何与其对另一个模量的贡献相关。
2017-06-19 cond-mat.soft
Effect of chain stiffness on the dynamics and microstructure of crystallizable bead-spring polymer melts
我们在三种不同刚度的链的模型未缠结的聚合物熔体中模拟动力学：柔性的，中间的，和棒状的。柔性和棒状链，容易固化成紧密堆积的晶体（分别与随机取向和向列对齐的链），显示简单的熔体动力学与Arrhenius温度的依赖性和不连续的变化凝固后。然而，中间刚度链是脆弱的玻璃形成显示Vogel-Fulcher动力学逮捕，尽管事实上，他们也具有向列型紧密堆积的结晶基态。要连接这种差异的动态熔体的不同微观结构，我们研究如何不同的结构措施，包括最近引入的胶体系统的研究中的集群级指标，随链刚度和温度。没有发现动力学停滞的明确的静态结构原因，但是，我们发现，中刚度链显示出质的不同的动力学不均匀性。具体来说，它们的弦状相关运动（合作重排）是相关的方式没有发现任何灵活的或棒状链沿链骨架。这种激活的“爬行”运动似乎是这些系统观察到的动力学停滞的原因，并表明控制结晶的因素与聚合物中的玻璃形成竞争可能非单调地依赖于链刚度。
2016-05-13 cond-mat.soft
Effective medium theory of random regular networks
无序弹簧网络可以表现出刚性转变，这是由于在过约束网络中去除材料或在欠约束网络中施加应变。虽然有效介质理论（EMT）存在于前者，但没有后者。因此，我们制定了一个EMT的随机规则网络，下约束弹簧网络与纯粹的几何障碍，预测其刚度通过张力的分布。我们发现一个线性依赖的刚性相应变和一个非平凡的依赖的平均值和标准偏差的张力分布的刚度。虽然EMT不产生高度准确的预测剪切模量由于空间的不均匀性，这种EMT的非侵入性使其成为一个理想的起点，实验量化的机制，这样的网络。
2022-04-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Emergence of dynamic vortex glasses in disordered polar active fluids
在平衡状态下，无序与拓扑缺陷合谋，重新定义了晶体、超导体和液晶等各种系统中物质的有序状态。然而，远离平衡，淬火无序对活性凝聚态物质的影响实际上仍然是未知的。在这里，我们揭示了一种状态的强烈无序的活性物质，没有对应的平衡：一个动态的旋涡玻璃。结合高含量的微流体实验和理论，我们展示了胶体群如何集体巡航通过无序而不放松其流动的拓扑奇异性。由此产生的状态是高度动态的，但流动模式，由有限密度的冻结旋涡，是固定的和指数退化。淬火各向同性无序作为一个随机的规范场，将活性液体变成动态涡旋玻璃。我们认为，这种强大的机制应该塑造集体动力学的一大类无序的活性物质，从合成活性向列细胞的集合探索异质介质。
2020-09-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Athermal Fracture of Elastic Networks: How Rigidity Challenges the Unavoidable Size-Induced Brittleness
通过对前所未有的大系统尺寸进行广泛的模拟，我们揭示了刚性如何影响无序材料的断裂。我们观察到最大的破坏网络的连接接近均衡点，当破裂阈值很小。然而，无论网络和弹簧性能，一个更脆的断裂时，观察到增加系统的大小。与大多数裂缝描述符不同的是，最大应力降（脆性的代理）显示出对系统尺寸的普遍非单调依赖性。根据这种不常见的趋势，有可能确定脆性开始的特征系统尺寸$L^*$。网络连通性或弹簧阈值越紊乱，则$L^*$越大。最后，我们推测这种尺寸引起的脆性是如何受到热波动的影响。
2019-11-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Dynamics and Rheology of Polymer Melts via Hierarchical Atomistic, Coarse-grained, and Slip-spring Simulations
提出了一种用于预测高分子量缠结聚合物熔体的动力学和流变学性质的分层（三重尺度）模拟方法。该方法包括原子，中等粗粒度（mCG），和高度粗粒度的滑簧（SLSP）模拟。在mCG水平上，一些化学键合的原子被集中到一个粗晶粒中。在这个层次上，原子系统的化学身份和链间拓扑约束（纠缠）被保留。通过迭代玻尔兹曼反演，将mCG模型的局部结构分布与原子模型的局部结构分布相匹配，得到mCG势。为了匹配mCG和原子动力学，mCG时间由时间缩放因子缩放，其补偿mCG模型的单体摩擦系数低于原子模型的单体摩擦系数。在SLSP水平上，聚合物链的多个Kuhn链段由一个粗粒珠表示。珠粒之间非常软的非键合相互作用不能防止链交叉，因此不能捕获缠结。拓扑约束由滑动弹簧表示。在SLSP模型中使用了一个补偿对势，以保持大分子的静态性质在引入滑簧后不变。在此基础上，确定了SLSP模型的静态和动态参数。特别是，匹配的方向自相关的端到端的矢量，我们确定的滑簧的数量和校准的时间尺度的SLSP模型。作为测试案例，在413 K下将分级方法应用于$cis$-1，4-聚丁二烯（cPB）。cPB熔体的动力学性质的计算范围很广的分子量。计算结果进行了比较，发现在良好的协议，与文献中的实验数据。
2021-01-22 cond-mat.soft
Geometry and dynamics of spring networks of spherical topology
本文研究球面拓扑闭合弹簧网络在扰动下的微观动力学，揭示其最低能量构型、皱缩转变及速度分布向麦克斯韦-玻尔兹曼分布的快速收敛，为可变形膜的形状涨落与结构不稳定性提供动力学视角。
2025-08-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.class-ph
Displacement correlations in disordered athermal networks
我们推导出精确的结果，在位移场$\{ δ\vec{r} \} \equiv \{ δr_{μ= x,y} \}$的相关性在二维近晶无热系统。我们分析了不同类型的微观无序产生的位移相关性，并表明在微观尺度上的无序引起长程相关性与系统大小$L$的依赖性由$\langle δr_μ δr_ν \rangle \sim c_{μν}(r/L,θ)$。此外，我们表明，在组分颗粒尺寸和随机键无序的多分散性引起的对数系统的尺寸缩放，与$c_{μν}(ρ,θ) \sim \text{const}_{μν} - \text{a}_{μν}(θ)\log ρ+ \text{b}_{μν}(θ) ρ^{2} $为$ρ~(=r/L) \to 0$。对于由网络每个顶点处的随机外力产生的位移相关性的情况，该比例是不同的，由$c^{f}_{μν}(ρ,θ) \sim \text{const}^{f}_{μν} -( \text{a}^{f}_{μν}(θ) + \text{b}^{f}_{μν}(θ) \log ρ) ρ^2 $给出。此外，我们发现多分散性产生的相关性和无序键刚度产生的相关性在它们的对称性上不同。最后，我们还预测的多分散软磁盘的外部钉扎力，涉及两种不同类型的微观无序的模型的位移相关性。我们验证了我们的理论预测，在二维随机弹簧接触的多分散软磁盘的数值模拟。
2021-10-04 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Contact network changes in ordered and disordered disk packings
研究了纯排斥无摩擦圆盘填充对准静态变形的力学响应。变形包括简单的剪切应变在恒定的填充分数和在恒定的压力下，“多分散性”的应变（其中我们改变颗粒尺寸分布）在恒定的填充分数和在恒定的压力下，和各向同性压缩。对于每种变形，我们表明颗粒间接触网络中存在两类变化：跳跃变化和点变化。当接触网络变得机械不稳定时，发生跳跃变化，颗粒“重新排列”，并且势能（当应变以恒定填充分数施加时）或焓（当应变以恒定压力施加时）以及所有导数都是不连续的。在点更改期间，单个接触将添加到接触网络或从接触网络中删除。对于排斥性线性弹簧相互作用，势能/焓的二阶和高阶导数在点变化处是不连续的，而对于赫兹相互作用，势能/焓的三阶和高阶导数是不连续的。我们说明了点的变化的重要性，通过研究从六方晶体到无序晶体施加多分散性应变引起的过渡。在此过渡期间，系统只经历点变化，没有跳跃变化。我们强调，必须了解点的变化，以及跳跃的变化，预测堵塞填料的机械性能。
2020-08-05 cond-mat.soft
Dynamical Eigenmodes of Star and Tadpole Polymers
研究了具有$f$臂和蝌蚪（$f=3$，一种特殊情况）的对称星形拓扑的幻珠弹簧链在过阻尼极限下的动力学行为。在简化的情况下，中心单体的流体动力学半径是$f$倍重的其他珠，我们确定他们的动力学本征模准确，沿线的劳斯模式的线性珠弹簧链。这些本征模允许几乎任何动力学量的完全解析计算。作为例子，我们确定的回转半径，标记的单体的均方位移，以及，对于星形聚合物，从星形的中心跨越到一个珠的一个臂上的向量的自相关函数。
2013-01-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Role of disorder in determining the vibrational properties of mass-spring networks
通过引入四种基本类型的障碍到一个二维的三角形晶格分别，我们确定的作用，每种类型的障碍在振动中产生的质量弹簧网络。我们主要讨论玻色子峰的起源以及玻色子峰与横截面Ioffe-Regel极限之间的关系。对于所有类型的疾病，我们观察到玻色子峰和Ioffe-Regel极限的出现。随着无序度的增加，玻色子峰值频率$ω_{BP}$、横向Ioffe-Regel频率$ω_{IR}^T$和纵向Ioffe-Regel频率$ω_{IR}^L$均降低。我们发现玻色子峰的形成有两种方式：从横向范霍夫奇点发展而来，与横向范霍夫奇点共存（但独立于横向范霍夫奇点），而不存在或存在局部配位数涨落。在存在单一类型的障碍，$ω_{IR}^T\ge ω_{BP}$，和$ω_{IR}^T\approx ω_{BP}$只有当障碍是足够强的，并导致局部配位数的空间波动。此外，如果没有位置障碍，则为$ω_{IR}^T\approx ω_{IR}^L$。因此，玻色子峰等效于横向Ioffe-Regel极限的论点是不普遍的。我们的研究结果表明，当地的配位数和位置的混乱是必要的论点举行，这实际上是大多数无序固体，如边缘堵塞固体和结构玻璃的情况。我们进一步结合两种类型的障碍，造成当地的配位数和晶格位置的混乱。由此产生的网络的振动态密度类似于边缘堵塞的固体。然而，玻色子峰和横向Ioffe-Regel极限之间的关系仍然是不确定的和依赖于条件的。
2017-03-01 cond-mat.soft
Auxetic metamaterials from disordered networks
最近的理论工作表明，对由弹簧连接的节点组成的无序网络进行系统的修剪，可以导致材料表现出许多不寻常的机械性能。特别是，全球性的财产，如泊松比或局部响应有关的变形可以精确地改变。可调的机械响应将在从减轻冲击到机器人技术的领域中有用，更一般地说，用于创建具有工程特性的超材料。然而，基于基于修剪的理论思想来创建拉胀材料的实验尝试尚未成功。在这里，我们介绍了一个新的和更现实的网络模型，其中包括角度弯曲力和适当的实验边界条件。然后设计并实现了该模型中选择键的顺序修剪策略，该策略使得在线性和非线性制度下变形时能够工程化特定的机械行为。特别是，它示出的泊松比可以调整到任意值。通过准备以这种方式设计的网络的物理实现来验证这里讨论的模型和概念，所述网络是通过激光切割二维片材产生的，并且被发现表现为预测的。此外，通过依赖于优化算法，我们利用网络的敏感性来调整设计网络，该网络具有更硬和更柔顺的键的分布，并且其拉胀行为甚至大于同质网络。总之，这里报告的研究结果有助于建立修剪网络代表了一个有前途的平台，创造新的机械超材料。
2017-10-02 cond-mat.soft
Is there something of the MCT in orientationally disordered crystals ?
分子动力学模拟已经进行了取向无序晶体氯金刚烷：一个模型系统，动力学几乎完全由旋转控制。模式耦合理论预测的临界温度T_c = 225 K，在α和β动力学区域都能清楚地确定。研究还表明，在温度T_x > T_c时，存在第二个明显的动力学交叉，这与以前的NMR和MD研究结果一致。这使我们能够清楚地证实最近提出的[2，3]在[T_c-T_x]温度范围内存在一个“受温度影响”的区域。
2000-12-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Minimal Model for Dynamic Bonding in Colloidal Transient Networks
我们利用布朗动力学计算机模拟研究了胶体网络形成的模型。滞后弹簧在具有排斥核的颗粒之间建立瞬时键。如果一个键合对被一个截止距离分开，弹簧消失，只有当两个粒子彼此接触时才重新出现。我们给出了键寿命分布的结果，并研究了范霍夫动力学两体关联函数的性质。该模型显示交叉从流体样动力学，通过瞬态网络的形成，逮捕准静态网络行为。
2016-03-23 cond-mat.soft
Dynamics of undulatory fluctuations of semiflexible filaments in a network
研究了单根半柔性细丝在其边界处与虎克弹簧耦合时的动力学行为。弹簧在细丝上产生波动的张力，其值取决于细丝的瞬时端到端长度。因此，弹簧引入了非线性，其混合了灯丝的波动正常模式并改变了它们的动力学。我们研究这些动力学使用的Martin-Siggia-Rose-Janssen-de-Domincis形式主义，并计算随时间变化的关联函数的横向起伏和细丝的端到端的距离。低于特征波长$\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
Exotic Acoustic-Edge and Thermal Scaling in Disordered Hyperuniform Networks
本研究建立无序超均匀网络振动态密度与热性质的第一性原理理论，证明谱测度的傅里叶符号前推形式，揭示超均匀系统的低频赝隙、热学标度及谱维数关系，为波调控与低温材料设计提供新方向。
2025-10-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Mechanical criticality of fiber networks at a finite temperature
本研究针对有限温度下连接度低于等静压阈值的无序纤维网络的力学相变，基于实空间重正化建立标度理论，经蒙特卡洛模拟验证标度关系并发现反常熵弹性，为相关半柔性聚合物网络研究提供预测。
2023-11-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
