Capillary force-induced structural instability in liquid infiltrated elastic circular tubes
采用理论分析和分子动力学模拟相结合的方法研究了部分充液弹性圆管的毛细诱导结构失稳。分析表明，与不稳定性，有一个定义明确的长度尺度（弹性毛细长度），表现出缩放关系的管的特征长度，无论相互作用的细节。我们验证了这种比例关系的碳纳米管部分填充液态铁。毛细管诱导的结构转变在纳米器件方面具有潜在的应用前景。
2009-12-10 cond-mat.soft
Frank elasticity of composite colloidal nematics with anti-nematic order
混合具有明显不同的各向异性的胶体形状产生复合向列相，其中各个组分的顺序可以是根本不同的。在由浸没在热致液晶中的各向异性胶体组成的胶体棒-盘混合物或混合向列相中，其中一种组分可以采用所谓的反有序，而另一种组分表现出常规的反有序排列。专注于简单的模型，硬棒和磁盘，我们采用Onsager-Straley的第二维里理论推导出杆和磁盘的弹性模量的标度表达式，在两种配置和反反的配置，并确定其明确的依赖于粒子浓度和形状。我们证明了反向列相有序颗粒的张开、弯曲和扭曲弹性随反向列相有序程度的变化而变化，反向列相有序颗粒的弯曲张开比远大于传统的向列相有序颗粒。混合向列相的弹性性能的表面锚定的影响也将详细讨论。我们进一步证明，混合单轴杆-盘向列相的弹性取决于精美的组件的形状，我们提供简单的缩放表达式，可以帮助工程师的复合液晶的弹性性能。
2018-10-16 cond-mat.soft
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
Long-wavelength deformations and vibrational modes in empty and liquid-filled microtubules and nanotubes: A theoretical study
我们提出了一个连续模型来预测长波长的振动模式的空的和充满液体的小管是很难重现使用传统的力常数矩阵方法的基础上原子从头计算。我们推导出简单的定量表达式为长波长的纵向和扭转声模式，弯曲声模式，以及径向呼吸模式的空的或充满液体的管状结构的基础上连续弹性理论表达的薄弹性板。此外，我们表明，纵向和弯曲的声学模式的小管很好地描述了类似的纳米线的弹性梁。我们的生物微管和碳纳米管的数值计算结果与现有的实验数据一致。
2017-04-27 cond-mat.other cond-mat.soft
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
Photoinduced split of the cavity mode in photonic crystals based on porous silicon filled with photochromic azobenzene-containing substances
在电化学腐蚀的硅基上分别填充四种含偶氮苯的光致变色化合物，即小分子量的聚甲基丙烯酸酯和共聚丙烯酸酯，制备了新型的光致变色光子晶体结构，并研究了其光致变色性能.结果发现，这些复合材料的偏振蓝光照射的结果在光子带隙（分裂的腔模式）与合作的光取向的偶氮苯部分在垂直于入射光的偏振平面的方向上的硅孔内的光谱变化。研究了光诱导裂解的动力学。所观察到的光致分裂是完全可逆的和加热的复合材料的温度以上的各向同性或玻璃化转变完全恢复的光子带隙的初始光谱形状。热稳定性和时间稳定性得到的光致分裂进行了比较研究，它被发现，对于复合材料的反射光谱的形状不随时间而变化，在室温下与α形物质和聚甲基丙烯酸酯。所制备的复合材料在光子学的不同应用中具有很高的潜力。
2021-12-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.optics
Spectral Analysis of Inhomogeneities Shows that the Elastic Stiffness of Random Composites Decreases with Increasing Heterogeneity
非均匀性的研究在包括复合材料研究在内的不同力学领域有着广泛的应用。在这里，我们分析研究任意形状的各向同性夹杂嵌入在一个有限大小的非均匀介质。通过模态分解的不均匀性对复合材料的变形的影响，提出了一个关系，确定的不均匀性的存在所造成的有效弹性刚度的变化。这种关系表明，复合材料的有效弹性刚度总是嵌入复合材料内部的不均匀性的性质的凹函数。因此，随着弹性随机复合材料的不均匀性的增加，由较硬的成分引起的有效刚度的增加率小于由较软的成分引起的有效刚度的减少率。因此，弱非均匀随机复合材料变得更软，更少的导电性与非均匀性在相同的组成性质的平均值。我们对大约一万种复合材料的有效特性进行了数值评估，以经验支持这些结果，并将其扩展到导电材料。本文概括了我们最近的理论研究的影响，一个单一的纤维的刚度的弹性刚度的纤维网络的任意形状的不均匀性和不同的传输现象。
2018-11-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A coarse-grained model for the elastic properties of cross linked short carbon nanotube/polymer composites
短纤维增强聚合物复合材料由于其独特的低成本、相对容易的加工和与其母体聚合物相比优异的机械性能的组合而获得了广泛的工业和工程应用。在这项研究中，粗粒（CG）模型的交联碳纳米管（CNT）增强聚合物基复合材料的发展。CG模型的一个特征是能够捕捉聚合物链、纳米管和聚合物基质之间的相互作用。讨论了复合材料的弹性性能与交联剂的摩尔分数、纳米管增强体的质量分数及其分布的关系。模拟结果表明，使用亚甲基交联的碳纳米管的fictionalization是一个关键因素对显着增加的弹性性能的随机分布的短碳纳米管增强聚（甲基丙烯酸甲酯）（PMMA）矩阵。CG模型在预测碳纳米管增强聚合物复合材料的弹性性能的适用性也通过单向短纤维的细观力学模型的验证过程进行评估。
2017-04-05 cond-mat.soft physics.comp-ph
Mechanics and force transmission in soft composites of rods in elastic gels
我们报告了详细的理论研究的微观力学和体弹性性能的复合材料组成的随机分布的刚性纤维嵌入在弹性矩阵中的二维和三维。最近发表在Physical Review Letters [102，188303（2009）]中的实验表明，在较软的、几乎不可压缩的生物聚合物基质中包含刚性微管可导致出现可压缩性。这可以理解为，由于添加了刚性杆状夹杂物，复合材料的压缩性相对于其剪切柔量的增强。我们表明，这样的复合材料的泊松比$ν$的发展与增加杆密度朝向一个特定的值，或{ \em不动点}，独立的矩阵的材料特性，只要它具有有限的初始压缩性。这个固定点在三维中是$ν=1/4$，在二维中是$ν=1/3$。我们的研究结果表明，在细胞力学中的刚性丝，如微管和应力纤维的重要作用。同时，我们的工作具有更广泛的弹性背景，具有潜在的应用于复合弹性介质，其组分的刚度具有广泛的尺度分离，例如碳纳米管-聚合物复合材料，其已被证明具有高度可调的力学。
2011-04-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Incremental auxetic response of composite lattices under isotropic prestress
本文研究了二维和三维格构材料在各向同性预应力作用下的本构响应。所研究的晶格的晶胞由任意数量的连接到一个结的结形成。给出了以拉伸为主的晶格的二阶弹性常数和弹性刚度系数的解析表达式。此外，数值计算结果的增量弹性模量的复合材料晶格配备硬，软杆。结果表明，各向同性预应力桁架在预应力状态下的弹性刚度模量与无应力状态下的弹性刚度模量存在显著差异。这项研究还揭示了预应力晶格可能具有增量拉胀响应，当复合结构适当地结合硬和软材料用于其制造。
2019-12-04 cond-mat.soft physics.class-ph
Strong deformation of ferrofluid-filled elastic alginate capsules in inhomogenous magnetic fields
我们提出了一个新的系统的基础上藻酸盐凝胶的封装的铁磁流体滴，这使我们能够创建毫米大小的弹性胶囊，是高度可变形的不均匀磁场。我们结合实验和理论工作来表征和量化这些充满铁磁流体的胶囊的变形行为。介绍了一种利用海藻酸钠直接包埋非极性液体的新方法。极性醇分子的加入使我们能够将铁磁流体封装为单相。这种封装方法增加了封装的磁性纳米颗粒的量，导致高变形，并提供了胶囊作为致动器，开关或阀门在密闭空间如微流体装置中的可能应用。我们确定两个弹性模量的胶囊壳，杨氏模量和泊松比，通过采用两个独立的机械方法，旋转胶囊测量和胶囊压缩之间的平行板。然后，我们表明，所观察到的磁变形，可以完全理解从磁力施加在胶囊外壳上的磁流体的磁场分布和磁化特性是已知的。使用一个迭代的解决方案，耦合有限元/边界元方法的磁场计算的弹性形状方程的解决方案，我们实现理论和实验之间的定量协议变形胶囊形状使用的杨氏模量从机械表征和表面泊松比作为拟合参数。这种详细的分析证实了从机械表征的结果，即藻酸盐壳的表面泊松比接近于1，即，藻酸盐壳的变形几乎是面积守恒的。
2019-02-25 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
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
Effective Elastic Wave Characteristics of Composite Media
我们推导出精确的表达式，有效的弹性动力学性能的两相复合材料在长波长（准静态）制度，通过均匀化的本构关系，在空间中的本地。这是通过扩展以前应用于静态问题的“强对比”扩展形式主义来实现的。这些强对比度的扩展明确纳入完整的微观结构信息的复合材料通过一个无限集的$n$点关联函数。利用这些级数展开的快速收敛特性（即使对于极端的对比度），我们通过谱密度提取依赖于微观结构的精确近似，这对于任何复合材料都很容易计算或测量。我们还调查了其他地方假设的这种近似公式的修改的预测能力[J.Kim和S。Torquato，Proc. Nat. Acad. Sci. ${\bf 117}$，8764（2020）]以扩展其适用性${\it beyond ~the ~quasistatic ~regime.}$通过与某些色散模型的全波形模拟结果进行比较，验证了这些非局部微观结构相关近似的准确性。我们将我们的公式应用到各种模型的非超均匀和超均匀无序复合材料。我们表明，超均匀系统的损耗比他们的nonhyperuniform同行在准静态政权，和隐形超均匀介质可以完全透明的波数范围很广。最后，我们讨论了如何利用我们的近似工程复合材料与规定的弹性波特性。
2020-12-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Elastic wave propagation in magneto-active fibre composites
本研究提出纤维增强复合材料的有效理论，结合增量理论、均匀化与Bloch-Floquet方法，揭示永久磁场可调控波方向性但带隙不变，并给出总应力测量方法及非线性复合材料能量函数。
2025-04-16 cond-mat.soft physics.app-ph
Use of Physicochemical Modification Methods for Producing Traditional and Nanomodified Polymeric Composites with Improved Operational Properties
该研究分析热塑性等聚合物复合材料组分的多种改性方法，重点验证低频超声改性对提升界面作用、纳米颗粒分散性及材料力学等性能的效果，还提及生物改性相关问题。
2025-08-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cs.CE
Stimuli-responsive twist actuators made from soft elastic composite materials -- linking mesoscopic and macroscopic descriptions
最近，已经提出了由磁流变凝胶和弹性体构造扭转致动器。这些材料由嵌入软弹性聚合物环境中的可磁化胶体颗粒组成。扭转驱动是通过内部粒子排列的净手性实现的。在由均匀外部磁场磁化时，系统的特征在于围绕磁化方向的整体扭转变形。从一个离散的最小介观模型设置开始，我们朝着宏观表征。这两个尺度通过识别作为介观模型参数的函数的宏观系统参数的表达式来连接。通过这种方式，宏观系统的观察行为原则上可以映射到适当的介观图像，并说明性地从介观图像中理解。我们的结果同样适用于相应的软电流变凝胶和弹性体。
2021-05-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Electrical, elastic properties and defect structures of isotactic polypropylene composites doped with nanographite and graphene nanoparticles
导电聚合物在传感器、致动器、电子和光学器件、太阳能电池等方面有着广泛的技术应用。为了改善其操作性能、机械、热、电和光学性能，此类聚合物被掺杂碳同素异形体纳米填料。新型纳米复合聚合物的功能可以由纳米颗粒和聚合物的尺寸特性，不同的物理效应如电荷转移等来规定。我们表征和分析了新型聚合物纳米复合材料，高结晶度的等规聚丙烯（iPP），基于动态力学分析（DMA），介电谱，小角中子散射（SANS）和理论模型。碳纳米粒子在聚丙烯本体中以分形的形式聚集，改变了聚丙烯的力学、塑性、弹性和电性能。我们研究修改纳米填料的形态与Cosserat弹性的概念，其中包括描述的线性拓扑缺陷引起的纳米石墨和GNP聚集的行为。我们提供我们的实验数据与Cosserat弹性模型框架中的晶格的数值模拟，以估计整个复合iPP的一些力学特性。
2022-05-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
How a Snake Can Raise its Neck High although its Body is Very Soft. Similarity with a Thin Plastic Tube Filled with Air
蛇的身体，如眼镜王蛇，非常柔软，以至于它们几乎不可能将头抬得超过一米。通过直接测量，我们只能将刚杀死的眼镜蛇尸体垂直放置在0.05米左右。在这里，首次报道了眼镜王蛇可以控制身体的有效弹性模量，使其头部可以抬起数十厘米。有效弹性模量通过增加呼吸通道内捕获的空气的压力来增强，这类似于通过用高于大气压的压力的空气填充薄塑料管来增加其刚度。颈部高度随着有效弹性模量的增加而增加，并呈比例关系。并简单证明了收缩力峰值与蛇的直径成正比。这项工作可能提供一个物理基础的细长动物的力学性能。
2018-12-06 cond-mat.soft physics.bio-ph
Multifunctional Composites for Elastic and Electromagnetic Wave Propagation
复合材料非常适合实现理想的多功能有效性能，因为不同材料的最佳性能可以与设计的微结构明智地结合起来。在这里，我们建立了两相复合介质，有效的弹性和电磁波特性，包括各自的有效波速和衰减系数，这有利于多功能材料的设计链接的交叉属性关系。这是通过推导出有效的电磁和弹性动力学特性的精确公式来实现的，这些特性取决于入射波的波长和经由谱密度的微观结构。我们的公式使我们能够探索一大类无序微结构的波动特性，因为与传统公式不同，它们适用于宽范围的入射波长，即，远远超出了长波长范围。这种能力使我们能够研究外来无序的“超均匀”复合材料的动态特性，这些复合材料可以比结晶复合材料具有优势，例如接近最佳的，方向无关的特性和对缺陷的鲁棒性。我们特别表明，无序的“隐形”超均匀微结构表现出新颖的波特性，例如，低通滤波器传输波“各向同性”直到有限波数。我们的交叉属性关系的有效波特性可以应用到设计多功能复合材料通过逆技术。设计实例包括需要高刚度和电磁吸收的结构部件、CPU散热器、必须有效发射热辐射和抑制机械振动的电机吸音外壳，以及根据有效介电响应对材料弹性模量进行无损评估。
2020-05-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
Relative variations of nonlinear elastic moduli in polystyrene-based nanocomposites
在本文中，我们应用的方法的基础上分析的声波速度的变化在静态应力下的三阶弹性模量的测量在三个聚苯乙烯基纳米复合材料与不同的填料：SiO2颗粒，埃洛石天然小管，和炭黑颗粒。通过相同的技术制造的样品和我们的数据提供信息的非线性性能的相对变化所造成的添加的填料的复合材料。复合材料获得的数据进行了比较，与商业级聚苯乙烯。分析了不同填料复合材料非线性弹性模量的变化规律。结果与理论预测定性一致。
2020-05-03 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Hydrodynamic description of (visco)elastic composite materials and relative strains as a new macroscopic variable
根据特定需要调整材料特性的一种可能性是将一种物质的单元嵌入另一种物质的基质中。甚至在操作期间容易调节的材料也可以以这种方式产生。在（粘）弹性物质中，基质材料以及内含物和/或它们的直接环境都可以动态变形。如果夹杂物及其周围环境的典型动态响应时间接近宏观响应时间，则需要将其变形过程纳入动态宏观表征。沿着这些路线，我们提出了（粘）弹性复合材料的流体动力学描述。为此，额外的应变变量反映了夹杂物的状态及其直接环境。这些额外的应变变量一般不设置由粗粒度的宏观位移场。除此之外，在我们的推导过程中，我们还包括以前在不同背景下引入的相对平移和相对旋转的宏观变量。作为一个中心点，我们的方法揭示了一个新的宏观变量的重要性：相对应变。我们分析了两个简化的最小示例几何作为说明。
2016-07-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Elasticity-Controlled Jamming Criticality in Soft Composite Solids
本文研究高填充软复合材料在颗粒体积分数升高时的力学预测难题，提出由基质与颗粒弹性控制的剪切 jam 塞临界标度框架，解释应变硬化并提供通过调控内含物 jam 塞特性设计材料的新范式。
2024-06-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Micromechanical and numerical analysis of shape and packing effects in elastic-plastic particulate composites
本研究探讨了颗粒形状与堆积对复合材料宏观行为的影响，通过引入Replacement Mori-Tanaka Model修正Morphologically Representative Pattern方案，并结合增量线性化扩展至弹塑性区域，为计算均匀化提供了有效的替代方法。
2022-12-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
