Compression-controlled dynamic buckling in thin soft sheets
Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）；Indian Institute of Technology Hyderabad（海得拉巴印度理工学院）
该研究通过实验和理论分析，揭示了橡胶薄片在高压缩速度下进入亚稳态并发生高阶模态增长与粗化的动态屈曲机制，阐明了材料横截面和压缩速度对屈曲动力学的影响。
2026-10-06 cond-mat.soft
Snap buckling of bistable beams under combined mechanical and magnetic loading
我们结合实验、有限元建模（FEM）和降阶理论，研究了双稳态、硬磁、弹性梁的力学。梁由硬磁流变弹性体制成，包括沿中心线具有反平行磁化的两个段，并且通过施加端到端缩短而设置成双稳态弯曲配置。在这两个稳定状态之间，可逆的咬合是可能的。首先，我们的实验特征的临界场强的发病抢购，在不同水平的端到端的缩短。其次，我们使用Riks方法进行3D有限元模拟，以分析捕捉过程中的高阶变形模式。第三，我们开发了一个降阶的中心线为基础的梁理论，合理化所观察到的磁弹性响应。理论和模拟验证实验，具有良好的定量协议。最后，我们考虑的情况下，结合磁和机械压痕加载，研究如何施加的字段影响的双稳态和量化的最大承载能力。我们的工作为一维双稳态磁弹性结构元件的合理设计提供了一套预测工具。
2022-08-30 cond-mat.soft
Buckling-Induced Kirigami
我们研究了薄板穿孔与一个正方形阵列的相互正交的削减，这使得一个网络的正方形连接的小韧带的机械响应。我们结合分析，实验和数值计算结果表明，在单轴拉伸的韧带屈曲出平面，诱导形成的三维图案，其形态是由负载方向控制。我们还发现，通过大幅拉伸屈曲的穿孔板，韧带中产生了塑性应变。这导致了kirigami片的形成，包括周期性分布的切口和永久性褶皱。因此，所提出的屈曲诱导弹出策略指出了一个简单的路线制造复杂的变形结构的平面穿孔板。
2017-02-21 cond-mat.soft
Transition to stress focusing for locally curved sheets
一个长方形的弹性薄板，在其长度的中间两点之间强迫接触而变形。一个过渡到屈曲与应力集中的报告，为板足够窄的临界宽度成比例的板长度的指数2/3的小厚度限制。此外，一个弹簧网络模型求解，探索厚片限制，并验证在薄板限制的过渡的缩放行为。数值结果表明，最厚的薄板不存在屈曲，并建立了曲板屈曲的稳定性判据。
2021-07-09 cond-mat.soft
Designing a braille reader using the snap buckling of bistable magnetic shells
本研究提出一种基于双稳态磁壳屈曲、磁驱动与气动加载的可编程盲文点设计方案，经实验验证模拟有效性并探索设计空间，证实其可满足盲文标准且具备可逆双稳态、快速切换的优势，同时指出了未来制造需解决的问题。
2023-07-20 cond-mat.soft
Slit-snapping and multistability in buckled beams with partial cuts
本研究通过在柔性梁上添加部分切缝，实现了对后屈曲行为的精确控制，揭示了切缝引起的多稳态与弹跳现象，并开发出可编程的多切缝梁，为机械超材料设计提供了通用策略。
2025-09-09 cond-mat.soft
Buckling of thermalized elastic sheets
结构和设备小型化的稳步发展已经达到了热波动相关的规模，因此了解这种波动如何影响其机械稳定性是很重要的。在这里，我们研究热化片材的屈曲，我们证明，热波动增加的临界屈曲载荷由于增强的尺度相关的弯曲刚度的片材是远远大于一个特征的热长度尺度。所得结果具有普遍性，适用于各种微观薄板。这些结果是特别相关的原子薄的二维材料，其中热波动可以显着增加临界屈曲载荷，因为在室温下的热长度尺度是纳米的顺序。
2020-05-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effect of the polydispersity of a colloidal drop on the drying induced stress as measured by the buckling of a floating sheet
我们研究了二氧化硅纳米粒子的胶态液滴在干燥过程中产生的应力。特别地，我们使用薄浮片的摩擦不稳定性来测量由沉积物施加在衬底上的净应力，并且我们专注于颗粒多分散性的影响。在双分散悬浮液的情况下，我们表明，少量的大颗粒大大降低了预期的应力，我们解释为在多孔材料中形成较低的流体动力学阻力路径。由于胶体悬浮液通常是多分散的，我们表明，不同的平均粒径的应力是有效地占主导地位的分布，而不是由平均粒径较大的颗粒。
2016-05-19 cond-mat.soft
Nonlinear buckling and symmetry breaking of a soft elastic sheet sliding on a cylindrical substrate
本文研究了刚性圆柱基片外包裹的薄板的轴向压缩问题。在类似的系统中所表现出的折叠到折叠的过渡相比，我们发现，片总是折叠成一个单一的对称折叠，而周期解是不稳定的。在进一步压缩时，溶液破坏对称性并稳定为横卧褶皱。使用线性分析和数值计算，我们理论上预测的屈曲力和能量的压缩位移的函数。我们比较我们的理论实验采用圆柱形氯丁橡胶片，发现非常好的协议。
2015-03-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Buckling sheets open a door to understanding self-organization in soft matter
这是对“固体的几何不相容约束”，B。戴维多维奇，Y. Sun和G. M. Grason（PNAS，doi：10.1073/pnas.1815507116，arxiv：1809.06919）.
2019-01-11 cond-mat.soft math.AP nlin.AO
Tensional Buckling Around an Elliptic Hole in a Stretched Sheet
众所周知，环形板在边缘处施加轴对称拉伸载荷时会起皱。在该系统中，由于泊松效应，在方位角方向上出现了受压区域，产生了不相容的长度过剩，使得膜不得不屈曲出平面。然后，沿拉伸主应力方向出现径向褶皱。这种所谓的Lamé组态已被广泛地用作计算非线性不稳定性的理论和实验范例。在这项工作中，我们探讨的后果，考虑在无限拉伸膜的椭圆形孔改变这个模型配置的几何形状。使用Kolosoff-Inglis解决方案，我们分析了孔周围的应力场，并确定了三个可能的区域：拉紧，单向拉伸和松弛区域。根据这些定义，我们在相图中将板的不同应力状态分类为孔偏心率和所施加的张力的函数。最后，我们量化了张力线如何随孔的几何形状而变化，并讨论了可能出现的屈曲模式的结果。
2019-06-18 cond-mat.soft
Buckling, Crumpling, and Tumbling of Semiflexible Sheets in Simple Shear Flow
随着石墨烯、过渡金属二硫属化物和2D聚合物等2D材料变得越来越普遍，溶液加工和胶体状态特性正在被用来制造先进的功能材料。然而，我们仍然缺乏对流体流动中的2D片材和膜的基本行为的理解。在这项工作中，我们进行数值模拟的无热半柔性片材与流体动力学相互作用的剪切流。对于最初在流动梯度平面取向的片材，我们发现屈曲不稳定性的不同的模式数，弯曲刚度的变化，可以理解与准静态模型的弹性。对于不同的初始取向，混沌翻滚轨迹观察。值得注意的是，我们发现片材在翻滚之前折叠或起皱，但在施加更大的剪切力时不会再次拉伸。
2021-04-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Isometric immersions, energy minimization and self-similar buckling in non-Euclidean elastic sheets
撕裂的塑料片和生长的树叶的边缘经常显示出分层的屈曲模式。我们表明，这种复杂的形态（i）出现，即使在零应变配置，（ii）是由两个主曲率之间的竞争，而不是弯曲和拉伸之间的驱动。我们确定的关键作用的分支点（或“猴鞍”）奇点在生成复杂的等轴浸入的条纹图案，并显示它们是如何自然地从最小化的弹性能量。
2016-04-12 cond-mat.soft math.DG nlin.PS
Simulating Thin Sheets: Buckling, Wrinkling, Folding and Growth
薄板大变形的数值模拟在计算上具有挑战性。根据情况，它们可能会自发地弯曲、起皱、折叠或起皱。自然界的薄组织经常经历显著的各向异性生长，这可以作为这种不稳定性的驱动力。我们使用一个最近开发的有限元模型来模拟各种丰富的非线性响应的Kirchhoff-Love片。该模型使用细分表面形状函数，以保证收敛的方法，并允许在经典的瑞利-里兹形式主义的各向异性增长片的有限元描述。我们说明了这种方法的巨大潜力，通过模拟充气气囊，屈曲的拉伸圆柱体，以及在自由边界的皱纹的形成和缩放的增长表。最后，我们比较了空间受限片在生长约束和收缩约束下的折叠过程，发现这两个过程是等价的。
2015-07-31 cond-mat.soft physics.comp-ph
Stretching Hookean ribbons Part I: relative edge extension underlies transverse compression & buckling instability
在拉伸矩形板时所呈现的褶皱图案在“极限力学”社区中引起了相当大的兴趣。然而，这一显著现象的关键方面仍然难以捉摸。具体地说，平面状态不稳定性背后的压缩应力的来源是什么？随之而来的分歧的性质是什么？形状如何从临界的、接近阈值的状态演变成渗透大部分片材的平行褶皱的完全发展的图案？在本文中，我们解决了一些这些问题，通过数值模拟和分析研究的平面状态的Hooekan表。我们表明，横向压缩是一种边界效应，这源于相对于横向收缩，压缩自由的大部分片材的夹紧边缘的相对延伸，并绘制这种边缘诱导的压缩和莫法特涡在粘性，空腔驱动流之间的类比。接下来，我们解决的平面状态的不稳定性，并表明，它会引起一个屈曲模式，局部夹紧的边缘附近，这演变-在增加拉伸载荷-皱纹侵入未压缩的部分的表。至关重要的是，我们表明，该过程的关键方面-从横向压缩区的形成，随之而来的不稳定性的平面状态和出现的皱纹图案-可以理解的胡克框架内，非线性响应的唯一起源是几何的，而不是一个非胡克应力应变关系。
2020-12-24 cond-mat.soft
Anisotropic surface tension of buckled fluid membrane
固体薄板和流体薄膜在侧向压力作用下表现出屈曲。在这里，它揭示了流体膜具有各向异性屈曲表面张力相反，固体片。令人惊讶的是，表面张力垂直于屈曲方向表现出更强的依赖性比平行于它。我们的理论预测支持无网格膜模型的数值模拟。该各向异性张力可用于测量膜的弯曲刚度。研究还发现多层屈曲膜之间存在相同步现象。
2011-06-01 cond-mat.soft
Wrinkling composite sheets
本文通过求解线性化Föppl-von Kármán方程，研究了弯曲刚度空间变化的受限复合薄片在液体基底上的屈曲行为，发现空间依赖弹性系数可消除均匀情形下的褶皱简并性，并使大尺寸薄片的弯曲能量局域化到柔软区域。
2023-12-01 cond-mat.soft
Stretching Hookean ribbons Part II: from buckling instability to far-from-threshold wrinkle pattern
我们解决充分发展的皱纹图案形成后拉伸胡克，矩形板，当纵向拉伸载荷引起的横向压缩，远远超过了一个纯粹的平面变形的稳定阈值。在这个“远离阈值”的参数制度，这一直是著名的Cerda-Mahadevan（CM）模型的主题，皱纹图案扩展整个长度的纸张和波动的特征波长远小于其宽度。采用表面进化模拟在一个范围内的片材厚度和拉伸载荷，我们阐明的理论基础，从阈值框架在这个设置。我们表明，皱纹的演变是在串联的横向压缩应力的崩溃，而不是消失的横向应变，使应力场渐近接近无压缩极限，描述的张力场论。我们计算无压缩应力场通过模拟胡克片，具有有限的拉伸模量，但没有弯曲刚度，并表明这种奇异的限制封装的几何非线性的振幅-波长比的皱纹图案在物理，高度可弯曲的片材，即使实际的应变可能是如此之小，局部力学是完美的胡克。最后，我们重新审视的弯曲和拉伸能量，产生一个有利的皱纹波长的平衡，并研究随之而来的依赖于拉伸载荷的波长，以及厚度和长度的片材。
2020-12-24 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
The Collective Snapping of a Pair of Bumping Buckled Beams
本文通过实验、有限元模拟和耦合Bellini桁架模型，揭示了一对宽度不等的平行屈曲梁在接触压缩下由叉形分岔支配的集体突跳不稳定性，并发现临界距离与梁宽呈线性关系。
2024-01-22 cond-mat.soft
Buckling mediated by mobile localized elastic excitations
University of Nevada（内华达大学）；Rose-Hulman Institute of Technology（罗斯-霍曼理工学院）；Universidad de Santiago de Chile（智利圣地亚哥大学）
研究发现薄板结构转变由可移动的局部弹性激发介导，揭示了褶皱的动态行为及尺寸标度关系。
2026-02-04 cond-mat.soft
Thermalized buckling of isotropically compressed thin sheets
弹性薄板的屈曲是一种典型的力学失稳现象，它发生在很宽的尺度范围内。在像石墨烯这样的原子级薄膜的极限情况下，热波动可以极大地改变这种机械不稳定性。我们在这里调查的边界条件，非线性力学和热波动的微妙的相互作用，在控制屈曲的各向同性压缩下的限制薄板。我们确定了两个不等价的力学系综的基础上的边界在恒定应变（等距）或在恒定应力（isotensional）conditions.Nothingly，在等距系综，边界条件诱导一种新的长程非线性相互作用之间的局部倾斜的表面在遥远的点。这种相互作用与自发产生的热张力相结合，导致重整化群描述的两个不同的普适性类的热化屈曲，实现费舍尔重整化临界指数的机械变体。我们制定了一个完整的缩放理论的屈曲作为一个不寻常的相变与尺寸依赖的临界点，并讨论了实验结果的机械操纵的纳米材料。
2021-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Anomalous snapping behavior in asymmetrically constrained elastic strips
当一个扁平的弹性带沿其轴向压缩时，它通过自发对称性破缺在两个可能的方向之一上弯曲，并形成一个圆柱弧，这种现象被称为欧拉屈曲。当这个圆柱形部分被推向另一个方向时，弯曲方向会突然反转。这种失稳称为突跳屈曲，是预应力薄结构中的基本形状转变之一。采用实验和理论相结合的方法，研究了一端铰接，另一端固定的弹性板条的屈曲问题。这些不对称的边界约束打破了固有的对称性的带，产生丰富的异国情调的机械行为，包括很大程度上滞后，但可再生的力响应和开关样的不连续的形状变化。我们建立了一套精确的解析解，充分解释了我们所有的主要实验和数值结果。非对称边界条件自然出现在不同的情况下，当一个薄的物体与固体表面接触的一端，但其深刻的后果屈曲力学已在很大程度上被忽视了。通过边界条件引入不对称性的想法将为材料和工业设计中的复杂和可编程功能提供新的见解。
2017-08-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Far From Threshold Buckling Analysis of Thin Films
薄膜很容易弯曲，并在尺寸明确的区域内形成褶皱状态。通常假定起皱区域的范围反映了屈曲前的面内压应力区，但最近对薄钢板的实验表明，起皱图案明显更长，并且遵循与标准屈曲理论预测的不同的比例律。在这里，我们专注于一个简单的设置，以显示近阈值屈曲和非常薄膜，这是典型的远离阈值的褶皱图案的分析之间的显着差异。
2010-08-17 cond-mat.soft
Isometric immersions and self-similar buckling in Non-Euclidean elastic sheets
撕裂的弹性片的边缘和生长的叶子经常形成一个分层的屈曲模式。在非欧几里德板块理论中，这种复杂的形态可以理解为双曲黎曼度量的低弯曲能等距浸入。基于这个动机，我们研究了带状和圆盘几何中的等距浸入问题。通过求带上双曲型Monge-Ampere方程的显式分片光滑解，证明了在小斜率区域双曲曲面存在周期等距浸入。我们将这些解决方案，以确切的等距浸入，通过重申一个正式的渐近展开。在圆盘几何中，我们构造了具有常负曲率的圆盘的自相似分形等距浸入。在这两个条和光盘几何形状的解决方案定性类似于实验和数值上观察到的图案在撕裂的弹性片，树叶和溶胀水凝胶。对于双曲非欧几里德片，复杂的双曲图案，因此可能在类有限的弯曲能量等距浸入。此外，我们的研究结果确定的等距浸入的可微性（规律性）的程度在确定的非欧弹性片在3-空间的全球结构的关键作用。
2015-07-09 cond-mat.soft math.DG nlin.PS
Limitations of curvature--induced rigidity: How a curved strip buckles under gravity
薄的平板更倾向于弯曲而不是拉伸，结合几何学的结果，意味着改变薄板的高斯曲率是非常昂贵的。因此，在一个主方向上施加的曲率抑制了另一个主方向上的弯曲：所谓的曲率诱导刚度。在这里，我们研究的屈曲行为的有限厚度的矩形带水平举行的引力场，但有一个横向曲率强加在一端。板的有限厚度以两种方式限制了弯曲诱导刚度的功效：（i）有限的弯曲刚度用于使板“不弯曲”，即使这花费一些拉伸能量，以及（ii）对于足够长的带，有限的重量使带向下变形，释放其一些重力势能。我们发现临界施加的曲率需要防止屈曲（或，等价地，刚性化的带），确定依赖于几何和本构参数，以及描述的屈曲形状的带远远超过屈曲的阈值。在这样做的过程中，我们量化了对曲率引起的刚性的直观理解，我们从弯曲一片比萨饼的外壳中获得，以防止它在我们吃的时候向下下垂。
2019-07-22 cond-mat.soft
Snap-induced morphing: From a single bistable shell to the origin of shape bifurcation in interacting shells
嵌入式元件的双稳态提供了一个自然的路线，通过它引入可重编程弹性超材料。其中一个例子是软变形片，其中可以向上或向下咬合的双稳态元素嵌入在软片中。然后，可以通过向上或向下捕捉特定元素来编程片材的状态，从而产生不同的全局形状。然而，利用这种可编程性的尝试受到由多个弹性元件引起的变形导致大的全局形状分叉的趋势的限制。我们研究的根本原因，这种分叉的软变形片通过开发一个详细的了解一个单一的双稳态元素连接到一个单位的“裙”区的行为。我们研究了这个单一的元素的双稳态的几何限制，并表明，其变形的结构可以理解使用边界层分析。此外，通过研究压缩应变，一个单一的双稳态元素诱导周围的裙部，我们表明，在软变形片的形状分叉可以延迟由适当的设计的晶格上放置的双稳态元素。
2022-12-20 cond-mat.soft
The delamination of a growing elastic sheet with adhesion
我们研究的发病分层水泡在一个不断增长的弹性片粘附到一个平坦的刚性基板。当板的端部保持固定时，其增长引起导致分层的残余应力。这种失稳可以看作是完全粘附解和屈曲解之间的不连续屈曲。给出了失稳临界变形的解析表达式。我们表明，临界阈值尺度与一个单一的无量纲参数，包括信息的几何形状的片材，材料的机械参数和基板的粘合剂功能。
2016-07-06 cond-mat.soft
Euler buckling on curved surfaces
Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）；Center for Systems Biology Dresden（德累斯顿系统生物学中心）；Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics（马克斯·普朗分子细胞生物学与遗传学研究所）
研究了曲面上不可伸长弹性线的屈曲行为，发现临界力为零并揭示了新的屈曲后不稳定性，为理解生物形态形成提供了基础。
2025-03-06 cond-mat.soft physics.bio-ph
Tension-dependent transverse buckles and wrinkles in twisted elastic sheets
我们调查与实验扭转诱导横向屈曲不稳定性的弹性板的长度$L$，宽度$W$，和厚度$t$，这是夹紧在两个相对的两端，而保持在拉伸$T$。在临界张力$T_λ$和临界扭转角$η_{tr}$以上，我们发现，片材以横向于扭转轴的模态数$n \geq 1$弯曲。通过引入可弯曲长度$L_B$和夹持长度$L_{C}(<L_B)$，确定了夹持主导、可弯曲和刚性三种不同的屈曲状态。在刚性区（$L>L_B$），我们发现，模式$n=1$的发展以上$η_{tr} \equiv η_S \sim (t/W) T^{-1/2}$，独立于$L$。在可弯曲状态下，$L_{C}<L<L_B$、$n=1$以及$n > 1$出现在$η_{tr} \equiv η_B \sim \sqrt{t/L}T^{-1/4}$上方。这里，我们找到波长$λ_B \sim \sqrt{Lt}T^{-1/4}$，当$n > 1$。这些缩放同意从协变形式的Föppl-冯卡门方程，但是，我们发现，$n=1$模式也发生在一个令人惊讶的大范围内的$L$在可弯曲的制度。最后，在夹紧为主的制度（$L < L_c$），我们发现，$η_{tr}$是较高的$η_B$相比，由于额外的加劲引起的夹紧边界条件。
2018-01-31 cond-mat.soft
Snap and Jump: How Elastic Shells Pop Out
本文结合实验、模拟与解析理论研究半球形弹性薄壳的快速屈曲跳跃，揭示接触转移动力学及弹性、几何与摩擦的耦合作用。
2024-12-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamics of Snapping Beams and Jumping Poppers
本文研究弹性梁和弹性壳的动态卡扣失稳问题。利用Kirchhoff杆和Föppl-vonKármán板方程，我们研究了具有固定边界和受到集中载荷的弹性拱的稳定性、变形模式和突变动力学。对于典型的日常和技术应用的抢购参数，我们表明，拱的拉伸性起着至关重要的作用，不仅确定后屈曲变形模式，但也抢购的时间尺度和频率的拱的振动其最终的平衡态。我们表明，增长率的管理单元通过不稳定性和随后的振铃频率都可以被物理解释为一个声波在材料中传播的距离可比的长度arch. Finally，我们扩展我们的分析锯齿拱的振铃频率了解'流行'听到翻转壳结构管理单元通过其稳定状态。值得注意的是，我们发现，不仅是在这两种情况下的振铃频率的标度律相同，而且各自的前因子是数值接近，这使我们能够开发一个主曲线的振铃频率在抢购梁和壳。
2014-02-20 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
The θ-formulation of the 2D elastica -- Buckling and boundary layer theory
本研究提出二维弹性曲线的θ-公式，通过局部取向角参数化方程，在弱弯曲刚度下开展边界层分析，推导出无需椭圆函数的复合解，还发现弹性环的snapping失稳并经数值和实验验证。
2023-02-07 cond-mat.soft
Spontaneous tilt of single-clamped thermal elastic sheets
非常薄的弹性板，即使在零温度下，也会由于其主要弯曲模式而表现出非线性弹性响应。它们的行为在有限的温度下甚至更丰富。本文用分子动力学方法研究了一端固定在零温区的二维热起伏弹性薄板的振动。我们揭示了一个倾斜阶段，其中的片材波动的平均平面相对于水平倾斜，从而打破反射对称性。我们确定的相行为作为一个功能的纵横比的片材和温度。我们表明，倾斜可以被视为一种类型的横向屈曲不稳定性引起的夹紧耦合到热波动，并开发一个分析模型，预测倾斜和非倾斜区域的相图。与MD模拟定性协议。与外部场相反，通过控制纯几何量（如纵横比）驱动的不寻常响应为二维机械超材料提供了一个非常丰富的游乐场。
2021-04-29 cond-mat.soft
Wrinkling instability of an inhomogeneously stretched viscous sheet
出于热玻璃再拉伸成薄片，我们调查的形状和稳定性的薄粘性片，是不均匀拉伸在施加的非均匀温度场。我们首先确定相关的基流通过求解作为两个无量纲参数的函数的平板的长时间尺度拉伸流：归一化的拉伸速度$α$，和加热区的无量纲宽度$β$。这使我们能够确定的发病条件的平面外螺旋不稳定性的线性偏微分方程的本征值问题，管理的中表面的片材的位移。我们表明，片材可以成为不稳定的两个区域，即上游和下游的加热区的最小面内应力是负的。这产生的形状和增长率的最不稳定的屈曲模式在这两个区域的拉伸速度和加热区宽度的各种值。随着$β$的增加，在上游区域发现了从静止到振荡不稳定模式的过渡，而下游区域总是静止的。我们表明，当表面张力相对于面内应力的大小足够大时，可以完全抑制螺旋不稳定性。最后，我们提出了一个操作图，该图指示了在拉伸时导致所需的出口板厚度的参数空间的区域，同时最小化或抑制平面外屈曲;该结果与用于产生钢化玻璃板的玻璃再拉制方法相关。
2017-03-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Confined disclinations: exterior vs material constraints in developable thin elastic sheets
我们研究的形状变化的薄盘插入楔形材料时，它被推到一个平面上，使用分析，数值和实验方法。这种薄片出现在包装、外科手术和纳米技术中。我们近似的片有消失的应变，使它采取一个圆锥形的形式，其中直发电机收敛到一个向错奇点。那么它的形状就是仅使弹性弯曲能最小的形状。当实际板材的厚度接近于零时，预计会接近这种极限形状。平面约束迫使板的一个扇区屈曲到第三维中。我们发现，未屈曲的扇区是精确的半圆形，独立的角度$δ$的插入楔。我们推广的分析，包括圆锥形以及平面的约束，从而建立一个法律的相应状态的浅锥斜坡$ε$和薄楔。在这种情况下，单个参数$δ/ε^2$决定形状。我们讨论了圆锥成为平面的奇异极限。我们讨论了意外的缓慢收敛到半圆形屈曲实验看到的。
2014-10-13 cond-mat.soft
Indentation of a floating elastic sheet: Geometry versus applied tension
浮在液体浴上的弹性片的局部加载发生在从坐在睡莲叶子上的青蛙到由地球构造板块支撑的火山的尺度上。负载由板内的应力（其可包括来自例如表面张力的施加张力）和液体中的流体静压力的组合支撑。同时，由于负载，片材变形并且可能起皱。我们研究这个问题的（相对较弱）施加的张力和压痕深度。对于小压痕深度，我们发现，力-压痕曲线是线性的刚度，我们的特点是在所施加的张力和弯曲刚度的片材。在较大的压痕力-压痕曲线变得非线性和板是受一个螺旋不稳定。我们研究了接近屈曲阈值的屈曲不稳定性，并计算了开始时的褶皱数量和开始时的压痕深度，将我们的理论结果与实验进行了比较。最后，我们将我们的结果与以前报道的非常薄，高度可弯曲的膜。
2017-09-01 cond-mat.soft
First Jump of Microgel: Actuation Speed Enhancement by Elastic Instability
在3D微水凝胶装置中，受维纳斯捕蝇草的昆虫捕获作用的启发，溶胀诱导的卡扣屈曲使得可以产生非常快速的致动。我们证明，弹性能量被有效地存储和快速释放的装置，通过将弹性不稳定。利用其快速的驱动速度，该装置甚至可以在润湿时自行跳跃。
2010-08-24 cond-mat.soft
Thermal buckling and symmetry breaking in thin ribbons under compression
了解从宏观到纳米级的薄板，可以控制机械性能，如变形能力。面内压缩引起的面外屈曲可能是设计新材料的关键特征。虽然薄板理论可以预测在非常低的温度下薄框架和纳米带的临界屈曲阈值，但描述在更高温度下热波动对屈曲的影响的统一框架存在微妙的困难。我们开发和测试的理论方法，包括面内压缩和面外扰动场来描述的力学热带以上和以下的屈曲过渡。我们表明，一旦弹性常数重新归一化，考虑到带状的宽度（单位的热长度尺度），我们可以映射到一个平均场处理的物理屈曲，提供的长度是短的带状持久性长度相比。我们的理论预测进行了检查广泛的分子动力学模拟轴向压缩下的薄热化带。
2020-12-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Wrinkles, rucks, and folds formed in a heavy sheet on a frictional surface
Ritsumeikan University（立命馆大学）
研究通过实验和模拟揭示了重载薄板在摩擦表面形成皱褶、褶皱和折痕的机制，发现摩擦和重力共同作用下，薄板形态的转变规律。
2026-04-03 cond-mat.soft
Delamination from an adhesive sphere: Curvature-induced dewetting versus buckling
日常经验证实了粘合剂薄膜从刚性基材的球形区域分离的趋势-当将粘性绷带放置在肘部或膝盖上时，这是一个小小的挫折，在涂料和油漆行业中是一个更严重的问题。不管它们对弯曲的抵抗力如何，这种现象的关键驱动因素是高斯的\textit{Theorema Egregium}，这意味着自然平坦的片材不可能在不产生应变的情况下符合双曲面，该应变的大小随着弯曲面积急剧增加。以前的尝试，以表征曲率引起的分层的发病，它引起的复杂的图案，假设一个dewetting样的机制，其中两种材料形成接触的倾向，通过界面能被修改的弹性能量惩罚。我们表明，这种方法可以表征适度弯曲的粘合剂片，但未能定性地描述曲率引起的分层的mosaic膜，其力学是由他们的倾向，在分钟的压缩水平下屈曲。结合力学和几何的考虑，我们引入了一个极小模型的曲率引起的分层，占两个基本的屈曲图案，浅“皱”和本地化的“褶皱”。我们预测非平凡的缩放规则的发病曲率引起的分层和各种功能的新兴模式，比较以及与实验观察。除了在可拉伸电子产品等尖端技术中使用可拉伸粘合剂之外，我们的分析是量化多尺度形态复杂性的重要一步，这种复杂性是在对高度可弯曲的固体物体施加几何和机械约束时出现的。
2022-07-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Geometry-driven folding of a floating annular sheet
由于自接触、几何非线性和大量低能态的复杂性，预测弹性薄板的大幅变形是困难的。我们研究了一个简单的二维设置在空气-水界面上浮动的环形聚合物片受到不同的张力的内部和外部边缘。薄片折叠和起皱成许多不同的形态，打破了轴对称。这些状态可以在最近的几何方法中理解，该方法用于通过极值化适当的面积泛函来确定极度可弯曲但不可伸展的片材的总体形状。我们的分析解释了显着的功能，所观察到的褶皱和折叠形状之间的屈曲过渡是不敏感的弯曲刚度的片材。
2016-12-22 cond-mat.soft nlin.PS
A sequence of elastic patterns in a sheared bent sheet
University of Nevada（内华达大学）；Universidad de Santiago de Chile（智利圣地亚哥大学）
研究中等长宽比的剪切弯曲薄板中的分岔和弹性图案序列，通过局部特征（常为S形对）的通过实现曲率反转，观察到嵌套力-位移滞后环和图案粗化与细化机制。
2026-06-19 cond-mat.soft
Shape-morphing architected sheets with non-periodic cut patterns
我们研究了平面外的形状变形能力的单一材料的弹性片与建筑切割模式，导致阵列的瓷砖连接的柔性铰链。我们证明了一个非周期性的切割模式可以导致一个表扣成三维形状，如圆顶或皱纹的图案，当在特定的边界点拉。在实验中观察到这些全局屈曲模式，并通过平面内运动学分析来合理化，该分析突出了非周期性所产生的几何挫折的作用。该研究主要集中在弹性片材，后来扩展到弹塑性材料，以实现形状保持。我们的工作说明了一个可扩展的路线走向制造的三维物体与非零高斯曲率从最初的平板。
2020-06-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Dynamic behavior of elastic strips near shape transition
本文研究弹性条带在边界旋转驱动下的形状转变动态，提出一种统一分析方法，将非线性突跳的渐近分析扩展到屈曲和线性突跳，获得各分岔的规范形，从而揭示转变机制并提供预测工具。
2023-02-23 cond-mat.soft
Nonuniform growth and topological defects in the shaping of elastic sheets
对响应性聚合物凝胶的非均匀生长进行编程已经成为将片材成形为规定的三维形状的有力工具。我们证明了零高斯曲率的形状，除了在奇点，产生的增长诱导屈曲的薄弹性片是相同的拓扑缺陷的Volterra建设中，确定的边缘的本质上是平坦的表面所产生的。有了这种联系，我们研究的问题，选择一个最佳的增长模式为规定的可展表面，找到一个基本的权衡之间的最佳设计和所得到的形状的准确性，可以量化的长度沿边缘应被确定。
2013-12-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Non-symmetric localized fold of a floating sheet
如果轴向压缩，位于液体表面上的弹性片显示出从平滑正弦曲线图案到良好局部折叠的过渡。这种从褶皱到褶皱的转变是局部屈曲的表现。最近Diamant和Witten（2011）描述了褶皱的对称和反对称形状，他们发现了非线性平衡方程的两个精确解。在本文中，我们证明了这些解可以推广到一个连续的解族，它产生非对称的褶皱形状。我们证明，非对称的解决方案也描述了从液体浴，一个物理问题，可以很容易地观察到的非对称配置文件的部分软带退出的形状。
2013-03-05 cond-mat.soft physics.class-ph
A tug-of-war between stretching and bending in living cell sheets
拉伸和弯曲变形之间的平衡表征薄弹性片的形状转变。当拉伸在拉伸中占主导地位时，弯曲在突然屈曲过渡后的压缩中占主导地位。最近，在悬浮的活上皮单层中的实验结果已经表明，由于分子马达在上皮的厚度$e$上产生的表面应力的不对称性，这种组织的自由边缘自发地卷曲出平面，结果在平面内拉伸片。这表明弯曲和拉伸之间的竞争决定了组织边缘的形态。在这项研究中，我们使用非欧几里德板的框架，将主动预应变和自发曲率的弹性薄壳理论。我们表明，当自发弯曲的纸张规模像$1/e$，拉伸和弯曲能量具有相同的缩放在一个消失的小厚度的限制，因此都竞争，在一种方式，是不断改变的外部张力，以定义的三维形状的组织。
2020-06-10 cond-mat.soft physics.bio-ph
Nonlinear mechanics of thin frames
戏剧性的效果kirigami，如孔切割，对薄板的弹性性能邀请薄弹性框架下的外部负载的力学研究。这样的框架可以被认为是构建任何kirigami模式所需的模块化元素。在这里，我们开发的弹性收费技术，以解决各种弹性问题，涉及薄板穿孔，重点是帧与尖锐的角落。我们发现，孔产生的弹性缺陷（部分向错）的几何不相容性的来源。数值和分析研究的三个不同方面的加载框架-变形配置本身，有效的力学性能的形式的力-延伸曲线和缺陷引发的屈曲过渡。这使我们能够理解一般kirigami力学方面的一组力依赖的弹性收费与远程相互作用。
2018-08-15 cond-mat.soft
A comparative analysis of numerical approaches to the mechanics of elastic sheets
由于不稳定的压应力会导致弹性薄板的变形，数值模拟薄板的变形是计算力学中的一个具有挑战性的问题。确定这些问题中皱纹的位置、结构和演化对设计具有重要意义，并且是物理学和工程学领域越来越感兴趣的领域。在这项工作中，以前提出的几种数值方法来模拟弹性薄板的平衡变形进行了比较。这些方法包括标准的基于有限元的静态后屈曲方法以及最近提出的基于动态松弛的方法，该方法适用于具有相反牵引力的环形板的问题，其中斜拉是一个关键特征。数值解进行了比较，分析预测，使各种方法的预测能力的定量评估。结果表明，静态有限元方法是高度敏感的初始缺陷，依赖于\textit{a priori}知识的平衡的扭曲模式，以产生最佳的结果。相比之下，动态松弛对初始缺陷的敏感性要小得多，并且可以生成各种载荷条件下的解，而不需要预先知道平衡解。
2014-11-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Geometric dependence of curvature-induced rigidity
该研究通过实验、数值模拟和降阶模型，探究体几何对薄弹性材料曲率诱导刚性与重力/外部载荷竞争的影响，提出含多几何参数的理论框架，揭示不同形状薄板的偏转规律及滞后双稳态特性。
2025-04-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Isogeometric Analysis of Elastic Sheets Exhibiting Combined Bending and Stretching using Dynamic Relaxation
薄壳是一种普遍存在的薄壳结构，它可以承受大的非线性弹性形变，同时表现出弯曲和拉伸的组合模态，具有广泛的现代应用。本文基于经典的Koiter非线性壳理论，提出了一种新的等几何公式，用于研究薄壳的屈曲和失稳问题。使用NURBS基提供了无旋转的、一致的、高阶空间连续性，使得曲率和膜应变可以直接从控制点的位置向量的插值计算。构造了一个伪耗散离散动力系统，用动力松弛法（DR）求出了系统的静力平衡解。一个高性能的计算为基础的DR的实现，并提出了制定基准对几个现有的数值，和实验结果。这种提法的优点，在传统的有限元方法，在评估结构响应的外壳。
2022-06-21 cond-mat.soft cs.NA math.NA
