Self-consistent field theory of semiflexible nematics: Density-nematic coupling, anisotropic elasticity, and defect core sizes
School of Physics and Astronomy, University of Minnesota（明尼苏达大学物理与天文学院）
通过自洽场理论，研究半柔性链在向列相中的线性响应，揭示密度-向列序耦合对向列态稳定性的影响，并解释Frank弹性常数、关联长度与+1/2向错核心尺寸的关系。
2026-11-10 cond-mat.soft
Anisotropy in granular media: classical elasticity and directed force chain network
提出了一种理解二维各向异性颗粒层应力响应函数的一般方法。该方法既适用于经典的各向异性弹性理论，也适用于各向异性有向力链网络的线性理论。也许令人惊讶的是，双峰响应函数甚至可以出现在经典的各向异性弹性材料中，例如具有不同刚度的三角形弹簧网络。在这种情况下，峰值宽度与层的高度线性增长，相反的扩散中发现的“应力只有”双曲线模型。原则上，有向力链网络可以表现出双曲线模型的双峰，扩散扩展的响应函数，但在这里研究的一个特定的类中的所有模型被发现是在椭圆形政权。
2003-01-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Nonlinear Mechanical Response of DNA due to Anisotropic Bending Elasticity
考虑到由双螺旋结构引起的弯曲刚度的各向异性，研究了短DNA片段对弯曲的响应。它示出的各向异性引入一个有效的非线性扭曲弯曲耦合，可以导致形成扭结和调制的曲率和/或扭曲，这取决于弹性常数和所施加的偏转角的值。调制的典型波长，或相邻扭结之间的距离被发现是由DNA间距的一半。
2002-07-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft q-bio.BM
The incompressible limit in linear anisotropic elasticity, with application to surface waves and elastostatics
建立了各向异性线性弹性材料的三维和二维变形的不可压缩性，作为弹性柔度所满足的条件。这些条件使得从可压缩材料的结果中直接推导出不可压缩材料的结果。作为例子，得到了对称面为x_3=0的不可压缩单斜材料中表面波的显式久期方程。该方程也包括不可压缩正交各向异性材料的情况。表面波的位移和应力通常用弹性刚度来表示，而弹性刚度在不可压缩极限下是无界的。另一种形式主义的弹性柔度最近提出的丁，使表面波解的不可压缩的限制，可以得到。一个不同的形式主义，也由丁，研究二维弹性静力问题的解决方案。在对称面为x_3=0的不可压缩单斜材料的特殊情况下，三个Barnett-Lothe张量S中的一个为零，而另外两个张量H和L互为逆张量。此外，H和L是对角的，其中前两个对角元素相同。由这一性质导出的一个有趣的物理现象是，在不可压缩双材料中，界面裂纹表面不存在互穿。当只考虑面内变形时，半空间或双材料中的线位错引起的象力只取决于Burgers矢量的大小，而不取决于方向.
2013-05-21 cond-mat.soft
Anisotropic swelling due to hydration constrains anisotropic elasticity in biomaterial fibers
该研究通过分析水合引起的各向异性溶胀与含水量的线性关系，在圆柱对称假设下建立溶胀各向异性与弹性各向异性的联系，推导出轴向泊松比上界并约束相关弹性参数乘积。
2024-09-17 cond-mat.soft physics.bio-ph
Thermal fluctuations and anomalous elasticity of homogeneous nematic elastomers
我们提出了一个统一的配方的旋转不变的非线性弹性的各种自发各向异性相，并用它来研究热波动的弹性体和自发各向异性凝胶。我们发现，在热力学极限均质弹性体是普遍不可压缩的，其特征在于由一个普遍的剪切模量比，并表现出异常的弹性控制的非平凡的低温不动点微扰在D=3- 10维。在三维空间中，我们做出的预测是渐进准确的。
2002-12-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Quadratic-stretch elasticity
一个非线性小应变弹性理论是从一个系统的展开Biot应变，截断在二次阶。主要的动机是希望一个干净的分离之间的拉伸和弯曲的能量壳，这似乎只产生于减少这种类型的散装能源。各向同性不变量的近似，绕过四次方程的解或张量平方根的计算，允许拉伸，旋转，应力和平衡定律以位置导数的形式写入。还提出了双场制剂。扩展各向异性理论进行了简要讨论。
2021-07-08 cond-mat.soft
Equilibrium morphology of tactoids in elastically anisotropic nematics
本文用$\mathbf{Q}$张量表象研究了双折射液晶中的二维类晶。一个散装自由能的迈尔-Saupe形式的特征值约束$\mathbf{Q}$，加上弹性条款高达三阶$\mathbf{Q}$用于了解各向异性锚定和Frank-Oseen弹性的形态向列型各向同性域的影响。此外，体积约束的引入，以稳定在共存的任何大小的tactoids。我们发现，各向异性锚定的结果在界面厚度的差异取决于在界面处的董事的相对取向，和界面成为双轴切向对齐时，各向异性引入。对于负tactoids，边界拓扑引起的表面缺陷变得尖锐的弹性各向异性增加。另一方面，通过参数化研究它们的能量景观，我们发现，表面缺陷并不代表积极tactoids的最低能量配置。相反，弗兰克-奥森弹性体之间的相互作用，和各向异性锚定产生半双极导演配置与非圆形界面形态。最后，我们发现，对于不断增长的tactoids的董事配置的演变是高度敏感的自由能中包括的各向异性项，最低能量配置可能不代表动力学获得tactoids在很长一段时间。
2022-10-14 cond-mat.soft
Conservative yet constitutively odd elasticity in prestressed metamaterials
University of Northern Colorado（北科罗拉多大学）；Emory University（埃默里大学）
本文提出基于“隔代奇弹性”的设计原理，利用各向异性平衡预应力在超材料中产生反对称本构响应，驱动临界失稳，实现解耦波导模式与自旋波，为可调机械波控制提供新途径。
2026-09-17 cond-mat.soft
Elasticity, Shape Fluctuations and Phase Transitions in the New Tubule Phase of Anisotropic Tethered Membranes
我们研究了最近预测的（cond-mat/9510172），随后观察到（在数值模拟中）（cond-mat/9705059）各向异性膜的小管相，以及进入和离开小管相的相变。这种新相在温度和物理性质方面都位于先前预测的平坦相和褶皱相之间：它在一个方向上被弄皱，而在另一个方向上被伸展。它的形状和弹性特性由回转半径指数$ν$和各向异性指数$z$表征。我们推导出缩放律的回旋半径$R_G(L_\perp,L_y)$（即平均厚度）的小管约一个自发选择的直轴和小管波动$h_{rms}(L_\perp,L_y)$横向其平均延伸。对于幻影（即非自回避）膜，我们预测$ν=1/4$，$z=1/2$和$η_κ=0$，准确地说，与模拟非常一致。对于包埋在$d<11$维空间中的膜，自我回避极大地膨胀了小管并抑制了其狂野的横向波动，改变了其形状指数$ν$和$z$。我们给出了详细的缩放结果的形状的小管的任意纵横比和计算各种关联函数，以及异常弹性的小管。最后，我们提出了一个缩放理论的膜的形状和它的比热附近的连续过渡到和出的小管相和执行详细的重整化群计算的褶皱到小管过渡的幻影膜。
1997-12-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Structural Relaxation and Anisotropic Elasticity of Ordered Block Copolymer Melts
Department of Chemistry, Texas A\&M University, College Station, TX 77843, USA；Department of Materials Science；Engineering, Texas A\&M University, College Station, TX 77843, USA
研究有序ABA和AB共聚物熔体的各向异性弹性响应，通过自洽场理论分析不同域间距对液晶状层状和柱状相刚度的影响，揭示长时弛豫和微相分离对近平衡响应的作用。
2026-03-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Generic Stress Rectification in Nonlinear Elastic Media
非线性介质中的应力传播在细胞生物学中是至关重要的，其中分子马达在纤维状细胞骨架上施加各向异性力偶极子。虽然力偶极可以是收缩的或膨胀的，但由在压缩下弯曲的纤维制成的介质将这些应力矫正为生物学上至关重要的收缩。然而，缺乏对这种整流现象作为介质弹性的函数的一般理解。在这里，我们使用理论连续弹性表明，矫正实际上是一个非常普遍的效果，在非线性材料受到各向异性的内部应力。我们分析表明，bucklable和本构线性材料的几何非线性纠正小的收缩力，而粒状材料纠正膨胀。使用模拟，我们还表明，这些结果扩展到更大的力量。除了纤维网络，这些结果可以揭示应力在脆性或颗粒状材料中的传播，随后的局部塑性重排。
2022-06-11 cond-mat.soft
Crack Path Prediction in Anisotropic Brittle Materials
一个力平衡条件来预测准静态裂纹路径的各向异性脆性材料来自扩散界面连续模型，描述了一个微观过程区和宏观线性弹性内的短尺度故障的分析。推导利用这类模型的梯度动力学和平移对称性来定义一个广义的能量-动量张量，其积分围绕一个任意封闭的路径包围裂纹尖端产生所有的力作用在这个尖端上，包括Eshelby的配置力，cohesion内聚力和耗散力。数值模拟定量验证了这一条件。
2004-12-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The mechanics of anisotropic spring networks
我们构造并分析了一个具有各向异性的无序线性弹簧网络模型。建模的动机是，例如，颗粒系统，弹性体，并最终表现出一些潜在的各向异性的细胞骨架网络。该模型由一个三角形晶格与两个不同的键占据概率，$p_x$和$p_y$，线性弹簧。我们发展了一个有效介质理论（EMT）来描述网络弹性作为$p_x$和$p_y$的函数。我们发现，在EMT刚性的发病同意麦克斯韦约束计数。我们还发现超越线性行为的剪切模量和体积模量的占有概率的函数在刚性相的小应变，这不同于各向同性的情况下。我们比较我们的EMT与数值模拟，找到相当好的协议。最后，我们讨论了有效介质理论的延伸范围的影响，以及与各向异性和各向同性弹簧网络的先前工作的连接。
2014-12-18 cond-mat.soft
Emergence of linear isotropic elasticity in amorphous and polycrystalline materials
我们调查的出现各向同性线弹性的非晶和多晶固体，通过广泛的数值模拟。我们表明，弹性性能相关的有限长度尺度$ξ_E$，使中心极限定理规定的连续线性各向同性弹性的出现，增加试样尺寸。有限尺寸$L > ξ_E$系统的刚度矩阵得到添加到由线性各向同性弹性预测的随机谱范数$(L/ξ_E)^{-3/2}$，在三个空间维度。我们进一步证明，弹性长度尺度对应的结构相关性，这在多晶体中反映了典型的尺寸的晶界和长度尺度特征的应力场中的相关性。最后，我们证明了弹性长度尺度的影响衰减的各向异性的长期相关性的局部定义的剪切模量和剪切应力。
2021-04-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Anisotropic disclination cores in nematic liquid crystals modelled by a self consistent molecular field theory
本文用自洽分子场论研究了双折射液晶的向错组态。该理论是基于张量序参量，并可以容纳各向异性的弹性能量没有已知的分歧，在Landau-de Gennes制定。我们的研究结果与Dzyaloshinsky的Frank-Oseen能量和远离缺陷核心的渐近结果一致，但在距离核心的中间距离处显示双轴有序，在接近核心时，交叉到单轴但各向同性的配置。在我们的能量中考虑的弹性项允许单独控制的表面张力，锚定，和弹性对比度，并用于分析最近的结果溶致变色液晶。后者显示异常大的缺陷核心（在几十微米的顺序），可用于定量比较与理论。我们的计算很好地再现了这两种$\pm 1/2$向错组态。弹性各向异性也被证明会导致向错极化的质的变化，该量与活性物质模型中的活性应力成比例。
2020-06-25 cond-mat.soft
Two new topologically ordered glass phases of smectics confined in anisotropic random media
我们发现，近晶相液晶局限于各向异性多孔结构，例如，应变气凝胶或Aerosil显示出两种新的玻璃相。应变既保证了这些相的稳定性，又决定了它们的性质。一种类型的应变诱导“XY布拉格玻璃”，而另一种则产生一种新颖的三轴各向异性“m=1布拉格玻璃”。后者表现出异常的弹性，其特征在于我们计算到高精度的指数。我们预测系统的相图，和许多其他的实验观测。
1999-03-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Motor crosslinking augments elasticity in active nematics
本研究结合实验和多尺度建模，揭示了马达和被动交联剂对丝的交联主导向列相弹性，马达速度与交联竞争导致流动非单调依赖，为活性材料设计提供新见解。
2023-08-31 cond-mat.soft physics.bio-ph
Standardized compliance matrixes for general anisotropic materials and a simple measure of anisotropy degree based on shear-extension coupling coefficient
一般各向异性材料的柔度矩阵通常是在任意选取的坐标系中表示的，这给识别独立的弹性材料常数和比较不同材料的弹性性能带来了混乱或不便。本文建立了一个唯一的基于最大刚度方向的标准化柔度矩阵，并给出了18个独立的弹性材料常数。在寻找最大刚度方向的过程中，从理论分析和实例中发现，拉伸刚度各向同性的材料并不一定具有各向同性的弹性。因此，最大和最小抗拉刚度之间的比率不是各向异性程度的正确度量。另外，一个简单而正确的措施的各向异性程度的基础上最大的剪切拉伸耦合系数在所有方向上提出。
2015-08-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Emergent continuous symmetry in anisotropic flexible two-dimensional materials
发展了具有正交晶体对称性的二维柔性材料的反常弹性理论。值得注意的是，在普适区域，特征长度尺度大于相当小的金斯堡尺度${\sim} 10\, {\rm nm}$，这些材料拥有一组无限的平坦相，这些相通过涌现连续对称性连接。这种隐藏的对称性导致形成对应于不同相位的固定点的稳定线。同样的对称性也强制执行幂律缩放与各向异性的弯曲刚度和杨氏模量的动量，由一个单一的通用指数控制-沿着整条线的固定点非常相同。这些各向异性的平坦相的唯一标记的绝对泊松比的比率。我们将我们的理论应用于单层黑磷（磷烯）。
2021-08-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Disorder-driven transition to tubular phase in anisotropic two-dimensional materials
本文发展了一种具有正交晶体对称性的无序二维柔性材料的反常弹性理论。类似于清洁的情况下，我们预测存在无限多个平坦的相位与各向异性的弯曲刚度和杨氏模量显示幂律缩放与动量控制的一个单一的普遍指数，非常相同的清洁各向同性的情况下。随着温度的升高或无序度的增加，这些扁平相发生皱曲转变。值得注意的是，与在所有空间方向上同时发生起皱的各向同性材料相反，各向异性材料起皱成管状相。与在非物理高温下发生皱曲转变的干净情况不同，即使在室温条件下也可以存在无序诱导的管状皱曲相。我们的结果适用于各向异性原子单层掺杂的吸附原子或重离子轰击无序。
2022-09-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Contact model for elastically anisotropic bodies and efficient implementation into the discrete-element method
我们介绍了一个接触定律的法向力之间产生的两个接触，弹性各向异性体的任意几何形状。唯一的要求是它们的表面光滑无摩擦。这种各向异性接触定律是从连续弹性问题的精确解的简化中获得的，并且采用了赫兹接触定律的常见形式，唯一的区别是材料特定接触模量的取向依赖性。对于各种材料和表面几何形状，与精确解相比，接触定律非常准确。我们描述了一个计算效率高的实施接触法到离散元方法代码，利用所有可能的方向上的接触模量的预先计算。最后，我们展示了两个应用实例的基础上，实际材料中的颗粒的弹性各向异性诱导宏观行为的显着影响。值得注意的是，第二个例子证明了在一维粒状晶体中仅通过组成球形颗粒的旋转来设计可调谐振动带隙的能力。
2021-04-22 cond-mat.soft physics.comp-ph
Continuum Elasticity Theory Approach for Spontaneous Bending and Twisting of Ribbons Induced by Mechanical Anisotropy
螺旋带出现在许多生物和工程系统中，通常由各向异性表面应力、残余应变以及层压复合材料层之间的几何或弹性失配驱动。一个完整的数学分析开发的分析预测的平衡变形的螺旋形状的最初平坦，直的带，规定的幅度和方向的主曲率时，受到任意的表面应力和/或内部残余应变分布。螺旋角，半径，轴和手性的变形螺旋带预测与一个全面的，三维模型，结合弹性，微分几何，和变分原理。通常，机械各向异性（例如，在表面/外部应力、残余应变或弹性模量中）将导致自发的三维螺旋变形。当变形的主轴与带的几何轴重合时，形成环形。从圆柱形螺旋带到纯扭曲带或管状结构的过渡通过调整相关几何参数来控制。分析，封闭形式的预测的带状形状进行了验证，简单，桌面实验。这种理论方法代表了一种工具，以告知材料和系统的设计，以实现所需的螺旋几何形状的需求。
2012-09-14 cond-mat.soft math-ph math.DG
Anisotropic effective higher-order response of heterogeneous Cauchy elastic materials
由Bacca等人获得的均匀化结果（非均匀柯西弹性材料的均匀化导致Mindlin第二梯度弹性。第一部分：有效高阶本构张量的封闭形式。arXiv：1305.2365 Submitted，2013），以从非均质柯西弹性固体定义有效的第二梯度弹性材料，在此扩展到具有非各向同性惯性张量的相的情况。结果表明，均匀化材料的非局部本构张量既取决于RVE的惯性性质，也取决于有效局部弹性张量与矩阵局部弹性张量之间的差异。结果表明：（i.）复合材料可以被设计成产生局部各向同性但非局部正交各向异性;（ii.）正交各向异性非局部效应时，引入了一个稀疏分布的对齐的椭圆孔，并在极限情况下，裂纹均匀化。
2013-06-03 cond-mat.soft math-ph math.MP
Chiral phase-coexistence in compressed double-twist elastomers
我们采用各向异性橡胶弹性理论来模拟生物系统中的交联双扭液晶柱。在机械拉伸中，我们恢复了应变矫直，但在小扭转角极限下有一个精确的表达式。在压缩中，我们观察到高和低扭曲相位之间的共存。共存开始在小的压缩应变，并鲁棒地观察到任何各向异性的交联和一般的双扭转功能-但消失在大的扭转角。在共存区域内，双扭圆柱在恒定应力下允许有较大的压缩。我们的研究结果是定性与以前的观察肿胀或压缩胶原纤维，表明这种现象可能是容易获得的实验。
2021-04-04 cond-mat.soft physics.bio-ph
