Machine Learning in a data-limited regime: Augmenting experiments with synthetic data uncovers order in crumpled sheets
机器学习作为识别复杂、高维数据结构的有力工具，已经得到了广泛的关注。然而，这些技术表面上不适用于实验系统中的数据是稀缺的或昂贵的获得。在这里，我们介绍了一种策略来解决这个僵局，通过增加实验数据集与合成生成的数据的一个更简单的姐妹系统。具体来说，我们研究了褶皱薄片折痕网络中自发出现的局部秩序，这是空间复杂性的一个典型例子，并表明机器学习技术即使在数据有限的情况下也是有效的。这是通过增加稀缺的实验数据集与取之不尽的刚性平折片，这是简单的模拟和共享共同的统计特性的模拟数据。这显著提高了模式完成测试问题的预测能力，并证明了机器学习在数据良好但稀缺的台式实验中的有用性。
2019-01-03 cond-mat.soft
Effect of Ridge-Ridge Interactions in Crumpled Thin Sheets
我们研究是否以及如何修订的单脊近似的基础上的能量标度在一个实际的褶皱片，即在存在的脊脊相互作用。分子动力学模拟用于此目的。为了提高数据质量，对通用协议进行了修改。随着起皱的进行，我们发现，平均存储能量的变化从成比例的三分之一的脊长度的线性关系，而弯曲和拉伸能量的比例从5减少到2。以前的模拟和实验之间的差异的材料依赖性的幂律指数得到解决。我们进一步确定了平均脊长度与起皱球尺寸$R$、脊数$1/R^2$和每单位脊长度的平均存储能量$1/R^{2.364\sim 2.487}$成线性比例。这些结果与平均场的预测是一致的。最后，我们将现有的模拟扩展到高压区域的完整性，并验证了一个新的标度关系的存在，这是更普遍的比熟悉的幂律覆盖整个密度范围。
2013-05-16 cond-mat.soft
Crescent Singularities in Crumpled Sheets
我们研究的新月奇点的可展锥在设置类似的Cerda等人[自然401，46（1999）]的研究。拉伸是本地化的核心区域附近的推动尖端和弯曲占主导地位的外部区域。在外部区域的两种类型的应力被确定，并显示出不同的规模与尖端的距离。估计了d锥的能量，讨论了核区尺寸R_c标度的条件。推力方程和直接几何测量的检验提供了数值证据，证明了核尺寸的标度为R_c ~ h^{1/3} R^{2/3}，其中h是板的厚度，R是支撑容器的半径，这与Cerda等人的命题一致。我们给出了这样的观点，即所观察到的标度律不应该代表渐近行为。其他属性也进行了研究和数值测试，与我们的分析一致。
2004-12-05 cond-mat.soft
X-ray tomography of a crumpled plastoelastic thin sheet
利用三维X射线层析成像技术研究了铝箔起皱后的内部结构及其演变。确定了内部几何分维的上界和下界，该上界和下界随着压缩而增大。与模拟结果相反，我们发现质量分布从不均匀变为均匀。与以前的实验证据相印证，这些发现支持了物理图像，即弹性性质先于塑性性质，主导所有褶皱结构的变形和机械响应。我们表明，内部的一个皱巴巴的球在塑性制度可以映射到一个颗粒系统的紧凑包装。
2009-12-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Memory from coupled instabilities in unfolded crumpled sheets
将一个普通的薄片揉皱，可以将其转变为一种具有不寻常机械行为的结构，例如增强的刚度，发出噼啪声，缓慢松弛和记忆保持。解释这些行为的一个核心挑战在于理解薄片复杂几何形状的贡献。在这里，我们结合循环驱动协议和3D成像相关的全球机械响应和基本的几何变换在未折叠的褶皱片。我们发现，它们对循环应变的反应是间歇性的，滞后的，并且编码了最大施加压缩的记忆。使用3D成像，我们表明，这些行为出现由于本地化和相互作用的几何不稳定性之间的相互作用的表。一个简单的模型证实，这些最小的成分足以解释观察到的行为。最后，我们证明了在训练后，多个记忆可以被编码，这种现象被称为返回点记忆。我们的研究奠定了基础，了解复杂的力学褶皱片，并提出了一个实验和理论框架的相互作用的不稳定性系统中的记忆形成的研究。
2022-07-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Trapping of Vibrational Energy in Crumpled Sheets
本文研究了横向弹性波在褶皱介质中的传播。我们建立了波动方程的横波上的一个通用的弯曲，应变表面通过拉格朗日形式主义，并使用它来研究附近的脊和平坦的小平面上的色散曲线的标度行为。这种分析表明，脊作为波传播的障碍，在一定的频率范围内的模式可以被困在小平面。波传播的模拟研究定性支持我们的分析，并显示有趣的影响的脊波传播。
2001-09-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Memory in cyclically crumpled sheets
该研究通过反复卷绕扭转薄片的实验，发现循环揉皱的弹塑性薄片结构演化呈对数增长，亚稳定性随循环提升，可用平面折叠模型解释其折皱机制，证实无显著疲劳时薄片经多循环可形成收敛结构。
2025-01-18 cond-mat.soft
The spontaneous emergence of ordered phases in crumpled sheets
进行X射线断层扫描以获取起皱铝箔的3D图像。我们开发了一个算法来跟踪的三个垂直的截面的数据矩阵的路径。发现沿着每条路径的切-切关联函数呈指数衰减，有效持续长度随着揉皱球变得更加紧凑而缩短。同时，我们观察到在地壳附近的有序畴，类似于溶致液晶中的层状相和非晶相的混合。这些域的尺寸和密度随着进一步压实而增长，并且它们的取向有利于垂直或平行于径向方向。有序也被确定为附近的核心与任意方向，自发对称性破缺的例子。
2009-12-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Are crumpled sheets marginally stable?
本研究针对皱缩薄片的耦合双稳态弹性单元网络模型，测量其赝能隙、涨落等特性，修正标度关系，发现动力学由少量局域不稳定键主导，为非晶固体研究提供新视角。
2024-08-15 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Crumpling a Thin Sheet
起皱的片材对进一步压缩具有令人惊讶的大阻力。本文研究了聚酯薄膜在不同载荷条件下的皱曲。当放置在固定的压缩力下时，起皱材料的尺寸在长达三周的时间内随时间推移逐渐减小。我们还发现滞后行为时，测量的压缩作为施加的力的函数。通过使用预处理协议，我们控制这种滞后现象，并找到可重复的缩放行为的褶皱材料的大小作为施加的力的函数。
2001-11-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Pattern Formation in Crumpled Hydrogel upon Rapid Dehydration with Acetone
该研究通过丙酮浸泡实验探究溶胀水凝胶的快速脱水过程，发现了瞬态皱缩失稳与浑浊图案形成现象，明确了图案波长仅与水合时长相关且呈幂律增长的规律。
2024-11-01 cond-mat.soft
Ridge Network in Crumpled Paper
利用激光轮廓仪研究了在一张伸直的起皱纸张上由脊形成的网络。将方形纸张揉成球，展开并测量其高度轮廓。从这些配置文件中提取的强加的脊作为网络。节点被定义为脊之间的交叉点，链接作为连接节点的各种脊。许多网络和空间属性已被研究。脊长度分布的尾巴被发现遵循幂律，而较短的脊遵循对数正态分布。度分布被发现有一个指数衰减的尾巴，度相关性被发现是dispersionative。还研究了由脊形成的刻面和由节点形成的Voronoi图。
2007-08-13 cond-mat.other cond-mat.soft
Simulation of crumpled sheets via alternating quasistatic and dynamic representations
本文提出一种在准静态与动态表示之间自适应交替的混合积分方法，用于高效模拟薄弹塑性薄片的大尺度褶皱行为，并验证了折痕累积和小面面积分布等统计特性与实验一致。
2023-07-07 cond-mat.soft cs.NA math.NA
Crumples as a generic stress-focusing instability in confined sheets
薄的弹性固体很容易变形成无数的三维形状，这些形状可能包含尖锐的局部结构，如皱巴巴的糖果包装纸，或者具有光滑和扩散的特征，如花朵的起伏边缘。预测和控制这些形态对于涉及纺织品、合成皮肤和充气结构的各种应用至关重要。在这里，我们表明，一个“挣扎到起皱”的过渡，以前在特定的设置中观察到的，是一个无处不在的响应受限的表。这个统一的图片是证明了一套模型实验的聚合物薄膜局限于液体界面与球形，双曲线，圆柱形的几何形状，这是补充实验的宏观膜充气。我们使用测量在这个广泛的几何形状，边界条件，和lengthscales来量化几个强大的形态特征的皱皱巴巴的阶段，我们建立了一个经验性的相图皱皱巴巴的形成，解开的曲率和压缩的竞争效应。我们的研究结果表明，褶皱是一个通用的微观结构，出现在大曲率，由于弹性和基板能量的竞争。
2020-02-24 cond-mat.soft
The Geometry of Crumpled Paper
我们测量的几何形状的一张皱巴巴的纸与激光辅助地形，并讨论其统计特性。弹塑性褶皱的曲率与所施加的力成线性比例。曲率分布遵循指数形式，其中高曲率区域沿着脊定位。所测得的脊长度分布是一致的层次模型的脊断裂过程中起皱。观察到大部分脊终止而不分叉，脊网络连通性不像预期的那样完整。与以前的结果相比，表面的自亲和性的特征在于由$0.72\pm 0.01$的赫斯特指数。
2004-12-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Sub-singularities for shaping thin sheets
该研究聚焦薄片塑形问题，提出利用主奇点诱导产生的次奇点实现薄片塑形的思路，综述了多种次结构现象并介绍了相关研究的最新进展。
2025-03-20 cond-mat.soft
Furrows in the wake of propagating d-cones
研究了弹塑性薄板中塑性折痕的形成动力学。与通常所接受的褶皱薄板的描述相反，该描述断言褶皱仅由两个d锥之间的弹性相互作用形成，我们在这封信中研究的褶皱是由单个传播的d锥的尾流中留下的塑性形变产生的。在施加载荷时，d锥最初保持静止，并通过全局变形来响应。然而，在临界载荷以上，d锥经历了一个尖锐的过渡，将应力集中在其尖端，使其沿着板传播，在其尾流中留下沟状疤痕。我们的研究结果表明，塑性缺陷产生的动力学是很重要的预测最终的几何形状和统计的缺陷网络在一个皱巴巴的薄板。
2013-10-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Surface energy-driven crumpling transition in a thin sheet under compression
通过表面能量驱动，首次观察到薄板在压缩下的自折叠转变，展示了可调折叠顺序的潜力。
2025-12-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effect of plasticity and dimensionality on crumpling of a thin sheet
将一张纸揉皱并压缩成一个球的过程取决于许多难以解开的参数。通过对不同弹塑性的材料进行各向同性压实实验，研究了塑性对压皱过程的影响，并分析了塑性和压实维数对压皱过程的影响。将一张纸揉成一个球所需的力以及球内的层数与揉成的球的大小有幂律关系，每个都有自己的幂律指数。我们通过实验确定这两个指数，并发现它们是线性比例和材料的塑性增加而减少。最后，我们提供了一个缩放参数预测与我们的实验结果非常吻合的系数为3.5的两个指数之间的线性关系。
2016-02-01 cond-mat.soft
Spreading and fragmentation of particle-laden liquid sheets
液膜的碎裂产生液滴的集合。液滴的尺寸分布对喷雾的涂覆效率和污染物的传输具有相当大的影响。虽然许多工艺通常使用颗粒悬浮液，但颗粒对片材的铺展动力学及其随后的破碎的影响迄今为止被认为是可以忽略的。在本文中，我们考虑实验的瞬态悬浮片，径向扩展。我们表征的液体片的动力学和破碎过程中的颗粒的影响。我们强调，颗粒的存在修改的厚度，并降低了液体片的稳定性。我们的研究表明，颗粒可以显着修改通过毛细效应的液膜的动力学，即使体积分数远小于最大包装。
2020-04-28 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Light-scattering reconstruction of transparent shapes using neural networks
University of Manchester（曼彻斯特大学）
提出一种单相机高分辨率方法，通过堆叠光片扫描和神经网络自编码器，非侵入式重建透明褶皱薄片在流动中的三维变形，并验证了其对噪声的鲁棒性和实验准确性。
2026-06-19 cond-mat.soft physics.data-an physics.flu-dyn
Crumpling an elasto-plastic thin sphere
折皱现象在我们的日常生活和自然界中是普遍存在的。它表现出许多有趣的性质，如超韧的抗压力与小于30 $\%$的体积密度，幂律的压力与密度的关系，和爆裂噪声的发生频率与强度模仿地震。这些结果主要是通过使用平的薄片获得的。但是，在现实中，大多数褶皱的物体表现出非零的固有曲率。值得注意的例子是破碎的铝罐，汽车残骸，以及细胞在血管中进出。在这项工作中，我们专注于建立一个事实，即他们的行为非常不同的平板，采用实验和分子动力学模拟。
2019-10-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A comparative study of crumpling and folding of thin sheets
纸张的起皱和折叠是在小体积中进行折叠的非常不同的方式：前者是随机的和随机的，而后者是规则的和确定的。然而，存在某些相似之处。令人惊讶的是，揉皱是不明智的：垃圾桶里一个典型的揉皱的纸团含有80%的空气。同样，如果一张纸反复对折，所需的力变得如此之大，以至于不可能折叠超过6或7次。在这里，我们表明，在这两个过程中建立的stiness是相同的性质，因此简单的折叠模型也可以捕捉到的主要特征的起皱。一种新颖的几何方法表明，褶皱是分层的，就像重复折叠一样。对于这两种方法，层数随着压实程度的增加而增加。我们发现，对于这两个过程的起皱力增加的幂律与折叠层的数量，和压实过程（起皱或折叠）的维数控制力和压实比之间的标度律的指数。
2013-02-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Thermal decomposition of a honeycomb-network sheet - A Molecular Dynamics simulation study
采用分子动力学模拟方法，利用Langevin恒温器研究了含键的二维三角形石墨烯薄膜的热降解过程.我们表明，断裂键的概率分布是在较低的温度下，而在较高的温度下，债券随机在任何地方的六角片的膜片的边缘处达到高峰。平均断裂时间$τ$被发现减少与网络节点$N$的总数量的幂律$τ\propto N^{-0.5}$，并揭示了一个温度$T$的Arrhenius依赖。分裂时间本身是指数分布的。平均团簇数的碎裂动力学可用不同配位的网络节点$n_i$之间的一级化学反应来描述。碎片大小的分布随着时间的推移从一个$δ$ -函数通过双峰到一个单峰再次在后期的时间。我们的模拟结果是由一组$1^{st}$阶动力学微分方程的$n_i$，它可以精确地解决和来自计算机实验的数据进行比较，提供了更深入的了解热机理的补充。
2012-08-12 cond-mat.soft physics.chem-ph
Multiple-length-scale elastic instability mimics parametric resonance of nonlinear oscillators
空间受限的刚性膜重新组织它们的形态以响应所施加的约束。褶皱的弹性片材呈现出聚集变形能量的随机折叠的复杂图案，同时压缩搁置在软基础上的膜，从而产生具有广泛能量分布的正弦褶皱的规则图案。在这里，我们研究了高度限制膜的能量分布，并显示了一个新的形态不稳定性的出现，由倍周期分岔触发。周期性的自组织聚焦的变形能量观察提供了一个上下对称性破缺，引起的弹性方程的内在非线性，发生。该物理模型与非线性振子中的参数共振类似，是理解各种受限系统（如涂层材料或活组织）形态的新理论工具，皱纹皮肤，肺的内部结构，动脉的内部弹性，脑回或指纹的形成。此外，它开辟了一种新的微加工设计的多周期或混乱（非周期性）的表面形貌通过自组织的方式。
2010-06-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft nlin.AO
