The hydrodynamic Euler-elastica: shape transitions in the dynamical buckling of elastic filaments in Stokes flow
Nantes Université, École Centrale Nantes, CNRS, LS2N（南特大学，中央理工学院南特分校，法国国家科学研究中心）；Université Côte d’Azur, Inria（蔚蓝海岸大学，法国国家信息与自动化研究所）；University of Bristol（布里斯托大学）
研究斯托克斯流中弹性细丝动态屈曲的形状转变，用粗粒度数值模型揭示三种形态状态，由无量纲屈曲数主导，傅里叶分析表明状态转变源于曲率模式竞争，发现不同形状对小扰动敏感，弥合了静态和动态屈曲理论。
2026-07-21 cond-mat.soft
The sedimentation of flexible filaments: Trajectories, particle clouds and a buckling instability
在这个流体动力学视频中，我们探索了一系列不同的可能的动态柔性长丝在粘性流体中沉积。与时间相关的形状和轨迹的细丝的确定分析和数值平衡的粘性，弹性和重力在细长体理论为零雷诺数流动。动力学的特点是由一个单一的无量纲的弹性引力数。视频显示了细丝松弛和重新取向的过程，粒子云的形成，最后是屈曲不稳定性。
2013-10-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Buckling instability in a chain of sticky bubbles
本文研究均匀粘性气泡链在浮力上升过程中的屈曲不稳定性，利用低雷诺数流体动力学预测了临界屈曲速度、终端速度及屈曲几何形状。
2024-05-31 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A quaternion-based continuation method to follow the equilibria and stability of slender elastic rods
我们提出了一个理论和数值框架来计算细长弹性杆的平衡和稳定性的分叉。通过参数化中心线的位置并利用四元数来表示材料框架的方向，以几何精确的方式处理杆的3D运动学。平衡方程及其解的稳定性是从机械能导出的，其中考虑了内部力矩（弯曲和扭转）、外力和扭矩的贡献。我们使用四元数允许平衡方程被写在一个简单的二次形式和有效地解决了渐近数值连续方法。这种有限元摄动方法提供了互动访问半解析平衡分支，在对比从经典的最小化或预测校正技术获得的个别解决方案点。举例来说，我们应用我们的数值来解决极端扭曲下的自然弯曲杆的具体问题，并与我们自己的精确模型实验进行详细的比较。优秀的定量协议之间的实验和模拟的基础3D屈曲不稳定性和所产生的复杂配置的表征。
2012-12-22 cond-mat.soft
Dynamics of poroelastic filaments
研究了由线性各向同性多孔弹性材料制成的细长杆的稳定性和几何非线性动力学。降维导致poroelastica的形状的演化方程，除了通常的条款的弹性杆的弯曲，我们发现一个术语，产生从流体-固体相互作用。以多孔弹性体方程为出发点，我们考虑了细长杆的载荷控制和位移控制的平面屈曲，以及与此密切相关的杆在嵌入弹性介质中时受扭矩和压缩的不稳定性。这项工作已应用于由凝胶、植物器官如茎、根和叶、海绵、软骨层和骨骼制成的细丝和薄片的主动和被动力学。
2004-05-11 cond-mat.soft
Flow-Induced Buckling of Elastic Microfilaments with Non-Uniform Bending Stiffness
屈曲在斯托克斯流体中弹性微丝的输运和动力学中起着关键作用。然而，以前的工作只考虑具有均匀结构特性的长丝。在许多生物系统中，如微管，细丝骨架刚度可能是不均匀的，其中蛋白质的缔合和解离可能导致结构的空间和时间变化。这些纤维的构型稳定性和运输中的这种不均匀性的后果尚不清楚。在这里，我们使用细长体理论和Euler-Bernoulli弹性加上各种非均匀的弯曲刚度配置文件，以量化这种屈曲不稳定性，使用线性稳定性分析和布朗模拟。在剪切流中，我们在模拟中观察到刚度降低的区域中更明显的屈曲。这些领域的显着变形引起的差异，在颗粒额外的应力，表明一个不平凡的流变反应，由于这些细丝的存在。每个刚度剖面所产生的基本振型与我们的线性稳定性分析的预测一致。总的来说，这些结果表明，不均匀的弯曲刚度可以大大改变流体-结构相互作用在生理相关的设置，提供了一个基础，以阐明流体力学和生物聚合物的结构特性之间的复杂的相互作用。
2022-06-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Writhing and hockling instabilities in twisted elastic fibers
细长弹性纤维的屈曲和扭转是一个深入研究的领域。相对于固定端扭转的细长弹性杆将自发地形成环，或称为环，以减轻所产生的扭转应力。进一步的扭曲导致了原丝体的形成--纤维中的螺旋偏移随着额外的扭曲而延伸。在这里，我们使用一个理想化的，微米尺度的实验来调查的能量存储，并随后释放，由hockles和plectonemes，因为他们被拉开，在类似的力光谱研究的DNA和蛋白质折叠。咬合和解咬合中的滞后环告知了扭曲纤维结构中储存的能量。
2021-07-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Self-Ordering of Buckling, Bending, Bumping Beams
本文通过实验、模拟和统计力学理论，研究了平行生长弹性梁系统中由屈曲、弯曲和碰撞导致的自有序化现象，预测了保证全局秩序所需的生长量，并发现该超材料的压缩刚度和储存弯曲能与几何受挫梁的数量成正比，为设计可调抗压力学超材料提供了依据。
2022-10-20 cond-mat.soft
(Dis)continuous buckling transition in elastic shell mediated by contact
Keio University（庆应义塾大学）
研究通过接触几何形状揭示了弹性壳体snap-buckling转变的机制，表明通过调节表面几何形状可优化软体机器人性能。
2025-03-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.app-ph
Buckling of Spherical Capsules
我们研究屈曲软弹性胶囊在负压下或胶囊体积减少。基于非线性壳理论和超弹性膜壳假设，推导了轴对称和初始球形膜壳的形状方程，并进行了数值求解。发现了丰富的分叉行为，这是在分叉图。能量优选的稳定配置推导出从最小能量的原则都规定的体积和规定的压力。我们发现，屈曲形状是积极有利的已经在较小的负压和较大的临界体积比经典屈曲不稳定性预测。通过防止自相交强烈减少体积，我们得到了一个完整的图片的屈曲过程，并可以遵循的形状从初始未变形状态通过屈曲不稳定到完全崩溃的状态。有趣的是，分叉和稳定胶囊形状的顺序不同，规定的体积和规定的压力。在屈曲状态下，我们发现压痕边缘的曲率和弯曲模量之间的关系，它可以用来确定弹性模量从实验形状分析。
2011-09-12 cond-mat.soft physics.chem-ph
Morphoelastic ribbons: Differential growth-induced curvature and torsion
本研究建立一维形态弹性条带模型，揭示差异生长如何驱动曲率与扭转，解析鞍形弯曲及螺旋形态转变，为植物形态发生和软体机器人提供力学基础。
2025-06-21 cond-mat.soft
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
Fractal space frames and metamaterials for high mechanical efficiency
由杨氏模量为$Y$的材料制成并承受轻微压缩力$F$的长度为$L$的实心细长梁需要与$L^{3}f^{1/2}$ [其中$f\equiv F/(YL^{2})\ll 1$ ]成比例的材料体积，以便稳定地抵抗欧拉屈曲。通过构建一个分层的空间框架，我们能够系统地改变所需的材料与$f$的缩放比例，使它是成比例的$L^{3}f^{(G+1)/(G+2)}$，通过改变结构中存在的层次级别$G$的数量。基于对空间框架几何形状的简单选择，我们提供了详细指定载荷参数$f$的不同值的最佳结构（在此类中）的表达式。然后，这些结构可以用于产生弹性各向同性的有效材料，并且具有低密度和高压碎强度的组合。这种材料可以用来制造任意形状的轻质部件。
2010-02-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Twist-induced snapping in a bent elastic ribbon
细长结构的折断被广泛应用于自然和人造系统中，主要用于实现快速运动而不依赖于肌肉样元件。虽然已经详细研究了弹性能量储存和快速释放的几种机制，但对设计这种动力学系统的方法的一般理解是力学中的一个关键挑战。在这里，我们研究扭转驱动的几何约束带的屈曲和快速翻转动力学相结合的实验，数值模拟和分析理论。我们确定了两种不同类型的形状过渡;一个狭窄的丝带卡扣，而一个宽的丝带形成一对本地化的螺旋。我们构造了一个相图，并解释了边界的起源，这是由几何形状决定的。我们量化重力的影响，并澄清指示快速翻转的时间尺度。我们的研究揭示了几何扭曲弯曲耦合的薄约束结构的快速动力学的独特作用，这对广泛的生物物理和应用物理问题的影响。
2018-09-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.class-ph
Growth and remodeling control shape memory in morphogenetic rods
University of Chicago（芝加哥大学）；Biozentrum, University of Basel（巴塞尔大学生物中心）；University of Basel（巴塞尔大学）
研究生长的粘弹塑性棒，发现重塑在形状复杂性和可重复性间有权衡，存在最优塑性保护初始模式，生长能打破此权衡，确定重塑和生长速率是控制编码模式走向的关键因素。
2026-07-28 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.TO
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
