The effects of curvature on the propagation of undulatory waves in lower dimensional elastic materials

颗粒填料：非线性弹性、声传播和集体松弛动力学

Granular Packings: Nonlinear elasticity, sound propagation and collective relaxation dynamics

球形颗粒集合体的各向同性压缩实验表明，剪切模量和体积模量随围压的变化快于Hertz-Mindlin接触弹性有效介质理论（EMT）预测的1/3幂定律。此外，模量之间的比率被发现是由一个恒定的值大于弹性理论的预测。对这些差异的理解一直是颗粒物质领域的一个长期问题。在这里，我们执行的适用性弹性理论的粒状材料的测试。我们进行声传播实验，数值模拟和理论研究，以了解各向同性加载下的变形颗粒软球的弹性响应。我们的结果的行为的弹性模量的系统符合很好的实验。我们表明，弹性部分描述了压缩载荷下的系统的实验和数值结果。然而，它彻底失败的剪切扰动下的系统，特别是填料没有切向力和摩擦。我们的工作表明，一个正确的处理应该不仅包括纯粹的弹性响应，但也集体弛豫机制有关的结构无序和非仿射运动的颗粒。

重新审视二维弹性圆盘在直径加载下的应力传播

Revisiting stress propagation in a two-dimensional elastic circular disk under diametric loading

本文采用标量和矢量势及贝塞尔函数展开，在拉普拉斯空间求解边界条件，并通过留数演算推导出二维弹性圆盘在直径加载下包含主波、次波和表面波的位移与应力场显式表达式，深化了盘形构件应力传播的力学理解。

Elastic Wave Propagation and Bandgaps in Finitely Stretched Soft Lattice Material

In this study, the in-plane Bloch wave propagation and bandgaps in a finitely stretched square lattice were investigated numerically and theoretically. To be specific, the elastic band diagram was calculated for an infinite periodic structure with a cruciform hyperelastic unit cell under uniaxial or biaxial tension. In addition, an elastodynamic "tight binding" model was proposed to investigate the formation and evolution of the band structure. The elastic waves were found to propagate largely under "easy" modes in the pre-stretched soft lattice, and finite stretch tuned the symmetry of the ba…

缔合棒的高分子向列相：相行为，手性传播和弹性

Polymeric nematics of associating rods: phase behavior, chiral propagation and elasticity

具有吸引性尖端的棒状胶体可以形成线性聚集体，其随后可以经历分级自组装成微流体。受最近有色液晶的建模工作的启发，组成的离散积木，我们制定了可逆的超分子棒的第二维里理论。与有色化合物不同，这些体系能够在高温下形成稳定的非晶相，在不存在聚合的情况下达到单体极限。将尖端电位从吸引性改变为排斥性，因此能够实现从单体到聚合物的微流体的平滑交叉。我们分析了这两个制度的各向同性-双折射相行为，并解决双折射弹性性质。该理论考虑了分子的灵活性和手性的细丝和尊重的内在链长依赖性的顺序。我们还讨论了聚合抑制剂的聚合制度的相行为的影响，并发现抑制剂引起显着缩小的各向同性的双相区域，并产生再入口线虫以及共存相的质量密度反转。最后，我们讨论了棒状聚合物向列相的弹性模量，定性地比较了它们与有色液晶和其他纳米粒子基向列相的弹性各向异性。

Wave propagation through an elastically-asymmetric architected material

A one-dimensional wave propagation through elastically asymmetric media is investigated. A class of metamaterials possessing an arbitrary elastic asymmetry is proposed. This asymmetry results in different wave speeds of tensile and compressive components of elastic waves. The faster component can overtake the slower one resulting in their dissipative annihilation through energy cascades. Efficient absorbing assemblies are presented and analysed numerically. The length of the asymmetric part needed to damp a harmonic signal is determined analytically and validated numerically. Transmission prop…

颗粒固体流体力学中弹性波的传播

The propagation of Elastic Waves in Granular Solid Hydrodynamics

玻璃微珠中弹性波的各向异性、应力相关速度--由Y。Khidas和X. Jia，见[Phys. Rev. E，81：021303，2010年2月] --被证明可以很好地用"颗粒固体流体力学“来解释，这是一种关于颗粒行为的宏观理论。由于该理论没有涉及组构各向异性，因此组构各向异性对声音的影响值得怀疑。

nematic liquid crystals中的弹性指向矢振动

Elastic director vibrations in nematic liquid crystals

最近，Biscari、DiCarlo和Turzi [“Anisotropic wave propagation in bisotropic liquid crystals”，to appear（arXiv：1311.1802）]提出了一种用于线虫声学的理论，该理论将bisotropic liquid crystals建模为具有分子弛豫的bisotropic弹性体。在这里，我们扩展了这个理论的分析，以解释可能由声波的传播引起的指向矢运动。我们发现，董事的振动是有关的-通常是小-各向异性的分子分布，从而提供了一个理由，观察不可忽略的声光响应所需的相对较高的超声强度。

各向异性弹性细菌球囊中周向间隙的扩展

Circumferential gap propagation in an anisotropic elastic bacterial sacculus

我们已经模拟了应力集中在各向异性的弹性片，对应于细菌细胞的肽聚糖球囊的小间隙周围，在负荷下对应于棒形细菌的膨压的影响。我们发现，在正常条件下，应力集中是不足以机械破裂细菌，即使是长达一微米的差距。然后，我们探索了由Arthur L Koch假设的应激依赖性smart-autolysins的作用[Advances in Microbial Physiology 24，301（1983）; Research in Microbiology 141，529（1990）]。我们表明，PG球囊的测量各向异性弹性可以导致球囊中小间隙的稳定周向传播。这与最近在杆状细菌中观察到PG相关MreB斑块的周向传播一致。我们还发现了一个周向和轴向间隙传播，这同意在细胞骨架突变体的B。枯草杆菌。我们的结论是，弹性各向异性的细菌球囊，其特征在于实验，可能是相关的维持杆状细菌的生长。

通过外部电刺激操纵介电弹性体中的P-和S-弹性波

Manipulating P-and S-elastic waves in dielectric elastomers via external electric stimuli

本文研究了在静电场作用下弹性波在形变介质弹性体中的传播。为了分析纵向（P-）和横向（S-）波的传播，我们利用可压缩材料模型。我们导出了理想和丰富的介电弹性体模型的广义声学张量和弹性波相速度的显式表达式。分析了弹性波传播的慢度曲线，发现了P-S模解纠缠现象。特别地，通过施加电场来分离P波和S波。P波和S波之间的发散角强烈地依赖于所施加的静电激励。电场的影响对材料模型敏感。因此，对于理想介质模型，面内剪切速度随电场的增大而增大，而对于富集介质模型，面内剪切速度随材料常数的增大而减小。类似地，发散角随着电场的增加而逐渐增加，而对于富集模型，该角度可以是有界的。材料的可压缩性影响P波速度，并且，对于相对可压缩的材料，慢度曲线从圆形演变为椭圆形，表现在P波的反射角的增加。结果，发散角随着材料可压缩性的增加而减小。

大变形弹性固体中的磁声波

On Magnetoacoustic Waves in Finitely Deformed Elastic Solids

在本文中，在准静磁近似的背景下，我们研究增量运动叠加在一个静态的有限变形的磁弹性材料中存在的一个施加磁场。显式表达式获得相关的磁声（或磁弹性模量）张量的情况下，不可压缩的各向同性磁弹性材料，然后这些被用来研究增量平面波的传播。的传播条件推导出的广义声学张量和结果示出通过获得明确的公式在两种特殊情况下：第一，当材料未变形，但受到均匀的偏置场和第二磁弹性相互作用的原型模型在有限变形制度。结果提供了一个磁敏弹性体的材料参数的实验测定的基础上，从测量的增量波的速度为不同的预应变，偏置磁场，和传播方向。

Generic Stress Rectification in Nonlinear Elastic Media

Stress propagation in nonlinear media is crucial in cell biology, where molecular motors exert anisotropic force dipoles on the fibrous cytoskeleton. While the force dipoles can be either contractile or expansile, a medium made of fibers which buckle under compression rectifies these stresses towards a biologically crucial contraction. A general understanding of this rectification phenomenon as a function of the medium's elasticity is however lacking. Here we use theoretical continuum elasticity to show that rectification is actually a very general effect in nonlinear materials subjected to an…

弹性对非均相体系相分离的影响

Effect of Elasticity on Phase Separation in Heterogeneous Systems

最近的一项研究表明，在弹性网络的存在下，二元液体混合物中的相分离被阻止，并且可以导致稀相液滴的几乎均匀的尺寸分布。在较长的时间尺度上，这些液滴表现出沿着弹性性质梯度迁移的方向偏好，以形成溶解液滴的前沿[K. A. Rosowski，T. Sai，E. Vidal-Henriquez，D.兹威克河W. Style，E. R. Dufresne，液-液相分离的弹性成熟和抑制，Nature Physics（2020）1-4]。在这项工作中，我们开发了一个完整的非线性弹性固体中的这种现象的理论理解，通过采用基于能量的方法，捕捉在短期和长期的时间尺度的过程，以确定本构灵敏度和动态的所产生的前传播。我们量化的热力学驱动力，以确定扩散限制和溶解限制的制度在前面的传播。我们表明，弹性性质的变化有一个非线性的影响的过程。这种强烈的影响可以在各种物质系统，包括食品，金属和水生沉积物的影响，并进一步证实了生物系统利用这种机制来调节重要功能的假设。

错向预应力不可压缩弹性固体中的界面波

On interface waves in misoriented pre-stressed incompressible elastic solids

一些关系，根本解决界面波问题，提出。这些方程允许导出明确的长期方程的问题，涉及波局部化的平面边界附近的各向异性弹性半空间，如瑞利，肖尔特，或斯通利波。它们是迅速获得的，而不求助于斯特罗形式主义。作为应用，本文讨论了非线性预变形不可压半空间的Stoneley波传播问题和界面稳定性问题。上半空间和下半空间由相同的材料制成，受到相同的预应力，并且沿着共同的主平面刚性结合。然而，该平面中的主轴不重合，并且在上半空间的主轴与下半空间的主轴之间的角的平分方向上研究波的传播。

单一塑性事件的弹性结果：在流动非晶态固体模型中结构无序和剪切波传播的现实解释

Elastic consequences of a single plastic event: towards a realistic account of structural disorder and shear wave propagation in models of flowing amorphous solids

剪切变换（即，颗粒的局部重排导致样品的小区域的剪切变形）是无序固体流动的中尺度模型的构件。为了计算固体材料对这种剪切变换的时间相关响应，适当考虑弹性不均匀性和剪切波传播，我们提出并实现了一种非常简单的基于有限元（FE）的方法。二元Lennard-Jones玻璃的分子动力学（MD）模拟被用作比较的基准，并且关于微观粘度和局部弹性常数的信息直接从MD系统提取并用作FE中的输入。我们发现FE和MD之间关于由剪切变换引起的无序平均位移场的时间演化的非常好的协议，这与均匀弹性介质的响应相吻合。然而，波动是相对较大的，其幅度是令人满意的捕获的弹性非均匀系统的有限元模拟。此外，在这方面，考虑中尺度上的弹性各向异性并不重要。因此，所提出的方法铺平了道路的非晶态固体，这是计算效率和现实的流变学模型，在结构紊乱和惯性效应占。

玻璃中弹性不均匀性对有限温度下振动传播的影响

Impact of elastic heterogeneity on the propagation of vibrations at finite temperatures in glasses

声波如何在无序固体中传播的某些方面仍然不清楚。最近的研究表明，无序固体的一个特征似乎会影响中尺度的振动激发，即局部弹性不均匀性。声波的传播已被证明是强烈的影响，不均匀的材料的机械特性，添加到标准的非谐耦合，在有限的温度下，达到极其复杂的传输性能。在这里，我们解决这些问题的情况下，一个简单的原子玻璃形成，分子动力学计算机模拟。特别是，我们专注于横向分量的振动激励的动态结构因素，并在扩展的频率范围内的声音色散和衰减的温度依赖性的特征。我们提供了一个完整的图片如何弹性异质性确定运输的振动激发，也基于直接比较的数值数据与预测的非均匀弹性理论。

温度和裂纹尖端速度对弹性固体中裂纹扩展的影响

Influence of temperature and crack-tip speed on crack propagation in elastic solids

本研究将裂纹尖端键断裂建模为应力辅助热激活过程，揭示温度降低和裂尖速度升高会增大有效裂纹扩展能，并解释其对粘合裂纹更显著，理论得到PDMS相关实验支持。

线弹性断裂力学预测摩擦滑移的传播距离

Linear elastic fracture mechanics predicts the propagation distance of frictional slip

当摩擦界面受到局部剪切载荷时，经常（实验）观察到局部滑移事件在应力集中处开始，并在到达边缘之前通过自然停止在部分界面上传播。我们开发了一个基于线弹性断裂力学的理论模型来描述这种非线性滑动的传播。该模型的预测的前体长度作为外部负载的函数是在良好的定量协议与实验室实验以及与动态模拟，从而提供证据来识别摩擦滑动断裂现象。我们表明，预测的前体长度取决于，在给定的不确定性范围内，主要是对动摩擦系数，只有微弱的其他接口和材料参数。通过简化的断裂力学模型，我们还揭示了所观察到的非线性增长的前体长度作为所施加的力的函数的来源。前体的离散性以及由受挫泊松膨胀引起的剪切力被发现是主导因素。最后，我们将我们的模型应用到一个不同的，对称的设置，并提供了一个预测的摩擦滑动的传播距离为未来的实验。

二维粘弹性网络模型中的稳态裂纹扩展

Stationary crack propagation in a two-dimensional visco-elastic network model

我们调查在一个简单的二维粘弹性模型中的裂纹扩展，并找到一个缩放制度的传播速度和能量释放率或断裂能之间的关系，以及缩放制度的下限和上限。在我们的研究结果的基础上，存在的下限和上限预计是普遍的或模型独立的：目前简单的模拟模型提供了通用的洞察力的物理裂纹扩展，该模型将是第一步发展一个更精细的粗粒度模型。相对突然的速度变化预测附近的缩放制度的下限和上限的位置可能是很好的标记为发展的强硬的聚合物，为此，我们提供了简单的意见，可能是有用的指导原则增韧聚合物基材料。

相互作用力链在连续极限中的传播

Propagation of interacting force chains in the continuum limit

本文研究了在描述静态颗粒材料应力分布的力链模型中合并效应的影响。结合数值计算和分析计算，我们表明，粒状材料一般不表现在一个类似弹性的方式，但他们可能在特定的条件下，这是阐述。讨论了由于全力链模型的非线性而引起的非弹性行为。

磁活性纤维复合材料中的弹性波传播

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。

弹性波在受限颗粒系统中的传播

Elastic wave propagation in confined granular systems

我们提出了数值模拟的声波在受限颗粒系统中的传播由粒子相互作用的三维赫兹-明德林力定律。对系统一侧的短机械激励的响应被发现是传播相干波前，随后是由多重散射波组成的随机振荡。我们发现，相干波前是不敏感的包装的细节：力链不起重要作用，在确定这个波前。相干波随时间线性传播，其振幅和宽度随距离呈幂律变化，而其速度与宏观弹性理论的预测大致一致。由于目前还没有相干波的展宽和衰减的理论，我们数值和解析研究脉冲在一维链相同的弹性球的传播。结果表明，该体系的增宽和衰减指数与无规填充体系有很大不同。在我们所有的模拟中，相干波前的速度与压力的比例为$p^{1/6}$;我们将此结果与实验数据进行比较，在不同的颗粒系统中，可以看到从$p^{1/6}$行为的偏差。简要讨论了系统的本征模态，并研究了阻尼的影响。

主动变形表面上波传播的几何学

Geometry of wave propagation on active deformable surfaces

基本的生物和仿生过程，从组织形态发生到软机器人，都依赖于化学和机械表面波的传播来发出信号并协调主动力的产生。表面几何形状和收缩波动力学之间的复杂相互作用仍然知之甚少，但对于未来化学驱动的软机器人和活性材料的设计至关重要。在这里，我们耦合原型化学波和反应扩散模型的非欧几里德壳力学，以确定和表征化学机械波传播的活性可变形表面上的通用功能。我们的理论框架验证对最近的数据，海鞘和海星卵母细胞的收缩波测量，在这两种情况下产生良好的定量协议。然后，应用该理论来说明如何几何形状和预先存在的离散对称性可以被用来集中主动弹性表面波。我们强调的化学机械耦合的实际潜力，通过演示自发波诱导的各种几何形状的弹性壳的运动。总而言之，我们的研究结果显示了如何利用几何形状，弹性和化学信号来构建动态适应性，自主移动的机械表面波导。

作为脆性裂纹范例的驱动长程弹性弦中雪崩的地震状组织

Seismic-like organization of avalanches in a driven long-range elastic string as a paradigm of brittle cracks

非均质材料中的损伤和断裂经常表现出由连续的脉冲状事件组成的突发动力学，这些事件形成特征余震序列，这些余震序列遵循最初在地震学中推导出的特定标度定律：古腾堡-里克特定律、生产率定律、巴斯定律和大森-宇津定律。我们在这里展示了这些法律如何自然地出现在模型中的远程弹性脱钉界面作为一个范例来模拟裂纹在非均匀介质中的传播。我们解开的具体条件下，观察这种地震样组织的裂纹扩展问题。除了故障问题，结果扩展到各种情况下所描述的模型相同的普适性类：接触线运动的润湿问题或畴壁运动脏铁磁体，仅举几例。

不可压缩弹性材料中指数型振幅非均匀平面波

Finite-amplitude inhomogeneous plane waves of exponential type in incompressible elastic materials

证明了椭圆偏振有限振幅非均匀平面波在各向同性弹性材料中不可能传播。所考虑的波是谐波的时间和指数衰减的方向不同的传播方向。无论材料是无应力的还是均匀变形的，结果都是成立的。

沿细胞内微管的屈曲和力的传播

Buckling and force propagation along intracellular microtubules

最近的实验表明，在细胞中的微管屈曲的动机，我们从理论上研究的机械响应，并沿弹性细丝嵌入在非线性弹性介质中的力的传播。我们发现，虽然嵌入的微管仍然屈曲时，他们的压缩负荷超过临界值$f_c$发现较早，所产生的变形被限制到一个渗透深度，这取决于周围的细胞骨架的非线性材料特性，以及直接耦合的微管的细胞骨架。变形幅度取决于所施加的载荷$f$为$(f- f_c)^{1/2}$。这项工作显示了微管的压缩力传输范围如何可以大到数十微米，并且由与周围细胞骨架的机械耦合所控制。

介质板中的电弹性兰姆波

Electro-elastic Lamb waves in dielectric plates

研究了机械载荷和电载荷作用下兰姆波在软介质板中的传播。我们发现显式表达式的色散方程的情况下，新Hookean和根特。我们阐明了电场，厚度波长比，预应力和应变硬化的波动特性的影响。

弹性薄板弯拉剥离的粘性控制

Viscous control of peeling an elastic sheet by bending and pulling

粘性流体在弹性片材下方的传播由剥离前的局部动力学控制，与前体膜上的液滴的毛细管驱动扩散非常相似。在这里，我们确定一个通用的弹性剥离问题的传播规律在不同的限制剥离弯曲和剥离拉，并将我们的研究结果的径向传播的流体泡在一个薄的预湿膜。对于相对于板厚度的小变形的情况，剥离由弯曲驱动，导致径向生长为$t^{7/22}$。实验结果再现的传播行为和弯曲波在前面。对于相对于片材厚度的大变形，泡罩帽的拉伸和随之产生的张力可通过弯曲或通过在前部拉动来驱动剥离，两者均导致径向生长为$t^{3/8}$。在这一制度，详细的预测给出了极好的协议和解释以前的实验测量中的拉伸制度在弹性Hele-Shaw细胞\cite{puzovic-2012}的扩展。

重力作用下颗粒介质中的表面弹性波

Surface elastic waves in granular media under gravity

由于赫兹接触的非线性，颗粒物质中的声速$c$预期随着压力增加为$P^{1/6}$。在重力作用下，静止的颗粒层就这样分层，从而使体波向表面折射。我们调查波的传播的弹性描述的框架中考虑到颗粒物质的主要特点：应力和应变之间的非线性和屈服过渡的存在。在这种情况下，我们表明存在的波局部化在自由表面--~像瑞利波~--但与波导效应有关的非线性赫兹接触。色散关系示出了离散数量的模式，其对应于局部化在矢状面中的模式，但也对应于横向模式。这些波的传播速度最后进行比较，在该领域最近的测量，在沙丘的表面。

揭示液体中粘弹转换的机理

Revealing the Mechanism of the Viscous-to-Elastic Crossover in Liquids

在这项工作中，我们报告的非弹性X射线散射实验结合分子动力学模拟深超临界Ar。所提出的结果揭示了液体物质中的声传播的机制和制度，并提供了令人信服的证据绝热到等温的纵向声传播转变。我们引入了一个预测低频横向声传播间隙的哈密顿量，这是由实验结果和分子动力学计算证实。因此，建立了一个通用的链接之间的正的声音色散（PSD）现象和横向声传播的起源揭示了液体中的粘弹性交叉。PSD和横向声子激发的演变与理论预测一致。两者都可以被认为是液体的动态响应的通用指纹，这也是在超临界相的子域中可观察到的。这两种效应在高温下同时消失是弗伦克尔线的表现。我们期望这些发现将推进目前对极端热力学条件下流体的理解。

用于弹性和电磁波传播的多功能复合材料

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。