Thermodynamic potential of a mechanical constitutive model for two-phase band flow
从一个简单的力学本构模型（非局部扩散约翰逊-Segalman模型; DJS模型），我们提供了一个严格的理论解释，为什么一个独特的价值的高度剪切粘弹性流体的应力平台稳定实现。本分析是基于一个减少理论的自由度的模型方程在附近的临界点，这导致了一个时间演化方程，相当于那些一阶相变。
2008-11-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Constitutive equations for an electro-active polymer
离子电活性聚合物（E. A. P.）可以用作传感器或执行器。为此，将一层薄膜用溶剂饱和，并夹在两个铂电极之间。溶剂导致聚合物的完全解离和小阳离子的释放。在整个厚度上施加电场导致带材弯曲，反之亦然。该材料由两相连续介质建模。固相由嵌有阴离子的聚合物骨架构成，被描述为可变形的多孔介质。液相由游离阳离子和溶剂（通常是水）组成。我们使用了粗粒模型。这个系统的守恒定律已经在以前的工作中建立。熵平衡定律和热力学关系首先为每个阶段，然后为完整的材料使用统计平均技术和材料导数的概念。一个是熵的产生。识别广义力和通量提供了整个系统的本构方程：满足Kelvin-Voigt模型，广义傅立叶和达西定律和能斯特-普朗克方程的应力-应变关系。
2017-06-27 cond-mat.soft
A thermodynamically consistent constitutive equation describing polymer disentanglement under flow
我们推导出一个物理一致的框架，将纠缠动力学流动的聚合物熔体的本构方程。我们用这个结合的Ianniruberto-Marriccui到一个有限可扩展版本的Rolie-Poly模型的对流约束释放（CCR）动力学，也包括在Giesekus模型的各向异性流动性。可逆的动力学是从自由能，描述了一个有限可扩展的构象张量和理想气体的纠缠沿链。耗散动力学给出了构象张量和缠结的耦合动力学方程，其耦合项描述了剪切诱导的解缠结。构象张量的弛豫动力学遵循GLaMM和Rolie-Poly模型，并解释了爬行，收缩和CCR。我们建议，纠缠恢复的弛豫时间$τ_ν$是成比例的Rouse时间$τ_R$，其中管内的聚合物拉伸。这与最近的分子动力学模拟相匹配，并且对应于在整个聚合物各向异性在较长的爬行时间$τ_d$上松弛之前松弛缠结数。我们的模型表明，声称签名的缓慢重新纠缠的爬行时间在步进应变实验可以解释为产生的爬行动力学的各向异性。
2022-05-26 cond-mat.soft
Certifying the intrinsic character of a constitutive law for semi-crystalline polymers: a probation test
方法学性质的研究表明，试用测试的效率，允许的流变本构关系的固有特性进行评估。这里考虑的是颈缩和大变形的半结晶聚合物的这种规律。在$(\dotσ, σ, \dot\varepsilon, \varepsilon)$行为定律的框架内，在施加恒定应变率$\dot\varepsilon_0$下进行的拉伸实验带来真实的应力响应，由此可以从基于模型的计量概念中识别本构（材料）参数。在不同的应变率下重复相同的实验，然后获得非弹性参数对应变率的依赖性。然后，考虑一组新的实验进行了严格的内在法律的固定位移速率的夹具进行测试。在这种情况下，试样显示出在测试期间强烈演变的局部应变率（在这里是5-10倍）。参数识别过程则需要将精确实现的输入应变和应变率命令引入模型中。占应变率的依赖性，需要额外的知识，初步确定的应变率的依赖性的非弹性本构参数的良好预测的实验响应直接。这就是这里所证明的。结论有利于一个可能的升级的国际标准的机械表征的聚合物的基础上恒定应变率拉伸试验和适当应用的基于模型的计量学。
2020-03-19 cond-mat.soft physics.comp-ph
Rate- and temperature-dependent strain hardening in glassy polymers: Micromechanisms and constitutive modeling based on molecular dynamics simulations
通过分子动力学模拟研究玻璃态聚合物应变硬化的微观机制，发现少数承载键的拉伸主导应力响应，并据此构建含取向诱导背应力的本构模型，准确预测了广泛温度和应变速率下的应力响应。
2024-11-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Adams and Olmsted Reply to comment on article "A non-monotonic constitutive model is not necessary to obtain shear banding phenomena in entangled polymer solution" [Phys. Rev. Lett. 102, 067801 (2009), arXiv:0805.0679]
Wang [Phys. Rev. Lett. 103，219801（2009）]使我们的信[物理。102，067801（2009），arXiv：0805.0679]：（1）他推断，“与其标题相反，剪切带仅在存在应力梯度的情况下从单调曲线出现”，并且他指出，在没有应力梯度的几何形状中在阶跃应变之后发现（实验上）非静态松弛。(2)他不同意我们使用的参数值。(3)在最近的一些实验中，流动在阶跃应变停止后是均匀的，并且随后才发展出非静态宏观运动。我们只显示了在停止流动之前发展出不均匀性的阶梯菌株。在本答复中，我们将讨论这些问题。
2009-11-23 cond-mat.soft
Statistical mechanics of a dielectric polymer chain in the force ensemble
介电弹性体的本构建模一直是力学领域的研究热点。在过去的二十年中，严格的本构模型已经开发出耦合这些聚合物的电响应与软固体的大变形特性。这些模型的一个缺点是，与经典的橡胶弹性模型不同，它们不考虑必须使用统计力学处理的单个聚合物链的耦合机电响应。本文的目的是用统计力学计算高分子单链在固定力和固定电场作用下的拉伸和极化。我们假设在每个链接处由所施加的电场引起的偶极子彼此不相互作用，并且使用标准技术计算配分函数。然后，我们通过对配分函数取适当的导数来计算拉伸和极化，并获得各种极限下的分析结果。我们还进行马尔可夫链蒙特卡罗模拟使用的大都市和伞采样方法，以及开发一种新的采样方法，利用介电聚合物链中固有的对称性，提高收敛性。在一定的力和电场范围内，解析表达式与Monte Carlo结果一致。我们的研究结果补充了最近的工作，统计力学的电响应链，获得在不同的合奏解析表达式。
2021-10-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Elastic turbulence in highly entangled polymers and wormlike micelles
University of Cambridge（剑桥大学）；Durham University（杜伦大学）；Georgetown University（乔治城大学）
本研究通过理论和模拟揭示了高纠缠聚合物和蠕虫状微胶束中弹性湍流的形成机制，展示了二维不稳定性导致的剪切带动态行为。
2026-02-20 cond-mat.soft
To win, a model must thin: Capillary thinning as a benchmark complex flow for constitutive models of viscoelastic polymer solutions
Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Monash University（莫纳什大学机械与航空航天工程系）
研究液桥毛细管细化这一复杂流动，将CBR实验输出重述为弹性应变率并整理成皮普金图，单模应力平衡产生有普遍特征的曲线，C2D2模型能整理相关数据，皮普金图框架为聚合物溶液提供主图研究途径。
2026-07-21 cond-mat.soft
Dewetting of thin-film polymers
在本文中，我们提出了一个理论模型的超薄聚合物薄膜的去湿。假设这些薄膜的剪切变薄特性可以用一个十字型本构方程来描述，我们分析了去湿膜的前沿形态，并表征了干区半径和边缘高度的时间演化。不同的制度的增长，预计取决于初始膜的厚度，并在幂律指数参与本构方程。在薄膜区，干半径和边缘高度服从幂律时间依赖关系。然后，我们将我们的预测与Debrégeas { \it et al.}获得的实验结果进行比较。[Phys. Rev. Lett. { \bf 75}，3886（1995）]和Reiter [Phys. Rev. Lett. { \bf 87}，186101（2001）]。
2002-12-09 cond-mat.soft
Transient shear banding in entangled polymers: a study using the Rolie-Poly model
空间不均匀的剪切流发生在缠结的聚合物溶液，无论是作为稳态剪切带和瞬态后，一个大的步骤应变或在启动到一个稳定的均匀的剪切速率。稳态剪切带是总剪切应力和施加的剪切速率之间具有非单调本构关系的模型的标志，但瞬态条带有时在稳态下不剪切带的流体中看到。我们使用扩散Rolie-Poly模型在牛顿溶剂中模拟这种行为，其本构行为可以是单调或非单调的，取决于对流约束释放（CCR）的程度。我们研究单调本构行为。线性稳定性分析的启动到足够高的剪切速率表明，空间波动是不稳定的，在早期。这种不稳定性和（随时间变化的）本构曲线的负斜率之间存在很强的相关性。如果最不稳定特征值的时间积分足够大，则系统会出现瞬态剪切带，随后在稳态时消失。我们如何扰动，由于波动或不均匀的应力，可以触发这种不稳定性。这种瞬态行为与最近在纠缠聚合物溶液中的观察结果相似
2011-06-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Enthalpy recovery in semicrystalline polymers
推导了聚合物玻璃热跃后焓恢复的本构方程。该模型是基于合作松弛理论的一个版本的捕获概念。结果表明，存在一定的临界温度和一定的临界结晶度，在此温度以上，能量分布变得均匀，结构弛豫停止。
2000-04-04 cond-mat.soft
The topological effect on the Mechanical properties of polymer knots
通过对聚合物结的一点施加给定的力$F$，同时保持另一点固定，研究了聚合物结在不良溶剂和良好溶剂中拉伸时的力学性能。简单立方晶格上的聚合物构象的Monte Carlo采样使用Wang-Landau算法的变体进行。几种结拓扑结构的比能量、比热容和回转半径的计算结果表明，长度可达70个晶格单元的短聚合物结的行为具有一般趋势。在低拉伸力$F$下，根据温度是低还是高，可以在紧密相或伸展相发现结。在任何温度下，随着力$F$值的增加，聚合物结经历向拉伸状态的相变。这种转变的特征在于热容量的强峰值。还有一个较小的峰，这对应于在低温下发生的转变，当拉伸相中的聚合物的构象随着温度的升高而溶胀时。它还表明，短的聚合物环的行为是强烈的拓扑效应的影响。由于拓扑约束，可访问的能量状态的数量的限制在小尺寸的结中特别明显，并且根据罗尔夫森结表，它们的最小交叉数很高。一个例子是长度只有50个晶格单元的梅花结$5_1$。可以用具有相同最小交叉数的图表示的结的热和机械性质非常相似。分析了尺寸效应对聚合物结行为的影响。令人惊讶的是，发现拓扑效应随着聚合物长度的增加而非常快地消失。
2015-12-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A statistical mechanics framework for polymer chain scission, based on the concepts of distorted bond potential and asymptotic matching
为了设计越来越坚韧、有弹性和耐疲劳的弹性体和水凝胶，必须建立分子水平上的可控网络参数与控制损伤和失效的宏观量之间的关系。基于统计力学的本构模型使用了具有刚性连接的自由连接链（FJC）模型的变体。然而，由于一个聚合物链的自由能状态是占主导地位的双折射键的扭曲效应的链接近其断裂点，键的延伸性应该考虑到，如果该模型是为了捕捉链断裂。为此，一个新的键势补充到FJC模型（如在Buche和同事的uFJC框架中导出的），我们已经扩展到产生一个易于处理的，封闭形式的模型，该模型适合于本构模型的开发。受渐近匹配uFJC模型响应的启发，推导出一个简单的、准多项式的、非谐的键势能函数。利用该键势，建立了键拉伸和链力依赖于链拉伸的近似但高精度的解析函数。然后，利用这个模型，一个随机热涨落驱动的链断裂框架的发展。这个框架是基于一个力修改倾斜的债券潜力，占扭曲的债券势能，允许计算耗散断链能量。该模型适合于从原子力显微镜拉伸试验中收集的单链机械响应数据，以进行验证，并收集对分子物理学的更深入了解。由于它们的分析性质，这种聚合物链模型和相关的断裂框架可以直接在有限元模型中实现，解释多分散弹性体网络中的断裂和疲劳。
2022-08-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Statistical Mechanical Analysis of the Electromechanical Coupling in an Electrically-Responsive Polymer Chain
耦合变形和静电的聚合物材料具有用于软传感器和致动器的潜力，其潜在应用范围包括机器人、生物医学、能源、航空航天和汽车技术。与几十年来使用统计力学方法研究的聚合物力学相反，变形和电场下的耦合响应在很大程度上仅在连续尺度上进行唯象建模。在这项工作中，我们研究的物理耦合变形和电响应的电响应聚合物链使用统计力学。我们从一个简单的各向异性模型的静电偶极响应电场的一个单一的单体，并使用分离的能量尺度之间的静电场能量和诱导的偶极场能量减少非局部和无限维的统计平均到一个更简单的本地有限维平均。在这个简化的设置中，我们推导出的最可能的单体取向密度的方程使用最大项近似，和链自由能推导出使用这种近似。对这些方程进行了数值研究，结果提供了对机电耦合弹性体链物理的深入了解。封闭形式的近似也开发在小电能的限制相对于热能;在小机械张力作用在链上的限制;并使用渐近匹配一般链条件。
2020-05-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Viscoelastic Constitutive Artificial Neural Networks (vCANNs) $-$ a framework for data-driven anisotropic nonlinear finite viscoelasticity
Hamburg University of Technology（汉堡工业大学）；Helmholtz-Zentrum Hereon（亥姆霍兹联合会赫尔岑研究中心）
聚合物材料的本构行为通常采用有限线性粘弹性（FLV）或准线性粘弹性（QLV）模型。这些流行的模型是简化，通常不能准确地捕捉材料的非线性粘弹性行为。例如，到目前为止，捕获应变速率依赖行为的尝试的成功是有限的。为了克服这个问题，我们引入了粘弹性本构人工神经网络（vCANNs），这是一种用于有限应变下各向异性非线性粘弹性的新型物理信息机器学习框架。vCANN依赖于广义麦克斯韦模型的概念，该模型通过神经网络表示的非线性应变（速率）相关属性来增强。vCANN的灵活性使其能够自动识别各种材料的精确和稀疏的本构模型。为了测试vCANN，我们用来自聚乙烯醇缩丁醛、电活性聚合物VHB 4910和4905以及生物组织腹直肌的应力-应变数据对它们进行了训练。考虑了不同的加载条件，包括松弛试验、循环拉压试验和爆炸荷载。我们证明了vCANN可以在没有人类指导的情况下学习准确和有效地捕获所有这些材料的行为。
2023-03-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cs.LG
A constitutive law for cross-linked actin networks by homogenization techniques
受肌动蛋白驱动的微米大小的珠子的推进实验的启发，我们开发和研究一个最小的力学模型的刚性弹性细丝从圆柱体的表面生长的二维网络。从网络结构及其微观力学行为的离散模型出发，利用均匀化技术导出了宏观本构关系。我们计算了轴对称平衡态，并研究了它的线性稳定性依赖于微观力学性质。我们发现，薄网络是线性稳定的，而厚网络是不稳定的。稳定性变化的临界厚度取决于微观弹性常数的比值。随着网络厚度的增加，内部网络层上的压缩载荷的增加引起不稳定性。本文所采用的均质化方法结合更精细的微观模型可以作为研究聚合肌动蛋白网络演化和肌动蛋白驱动运动机制的基础。
2010-11-14 cond-mat.soft
Composition-dependent nonlinear viscoelastic-viscoplastic behavior and constitutive framework for digitally mixed polymers spanning the glass transition
Department of Mechanical Engineering, Columbia University（哥伦比亚大学机械工程系）
该研究针对PolyJet打印的Agilus与Vero数字混合聚合物，建立统一本构模型，捕捉其组分依赖的非线性粘弹粘塑性行为，可预测未校准混合物响应，为多材料结构设计提供基础。
2026-09-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Different pathways in mechanical unfolding/folding cycle of a single semiflexible polymer
采用Langevin动力学方法研究了机械外场作用下半柔性聚合物的构象变化动力学。结果发现，半柔性聚合物在机械折叠/展开循环中即使在缓慢的操作下也表现出大的滞后，而在柔性聚合物中，滞后在足够慢的操作下几乎消失。这表明，半柔性聚合物的结构转变的基本特征应至少在二维相空间上解释。这种大滞后的外观进行了讨论，在加载和卸载过程中的不同途径。通过使用一个最小的两个变量模型，磁滞回线描述在两个稳定状态之间的过渡的不同途径。
2005-11-02 cond-mat.soft
An Anisotropic Constitutive Relationship by a Series of 8 Chain Models
本文提出一种基于一系列8链模型的各向异性本构关系，用各向同性8链模型表征基体、各向异性8链模型表征纤维，通过将I_1替换为I_4简化数学结构并保持微观物理不变。
2024-03-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft math-ph
Correlations between mechanical, structural, and dynamical properties of polymer nanocomposites
我们通过粗粒分子动力学模拟研究了聚合物纳米复合材料（PNC）增强的结构和动力学机制。在强聚合物-填料相互作用的制度中，PNC失效时的应力与结构量（例如填料负载、聚合物-填料界面的表面积和网络结构）明显相关。此外，我们发现，小的填料，聚合物单体的大小，是最有效的增强周围的聚合物链和最大限度地增加强聚合物-填料相互作用的数量的矩阵。这种结构配置与动态特征相关，即，填料相对于聚合物基质的相对移动性最小化。
2012-04-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A Conceptual Approach to Two-Scale Constitutive Modelling For Hydro-Mechanical Coupling
在地热储层或从储层岩石中提取碳氢化合物的流体流动与固体破坏耦合的大尺度建模通常涉及两个尺度的行为：非弹性局部化区的较低尺度，以及可以合理假设弹性行为的大尺度连续体。在这两个尺度下，对应于力学性质的导水率是不同的。在体弹性围岩中，导水率随变形的变化不大，而在局部化带的较低尺度上，导水率因非弹性变形而发生显著变化。由于破裂和/或扩张而导致的渗透性增加，或由于材料压实而导致的渗透性降低可能发生在该区域内。面临的挑战是预测水力传导率的演变，再加上在变形过程的所有阶段的材料的机械行为。在扩散变形的早期阶段，可以合理地假设材料的渗透率在整个代表体积元（RVE）上是均匀的。然而，局部破坏导致RVE的不同部分中的明显不同的电导率。本文建立了岩石变形扩散阶段和局部化阶段的流体-力学耦合的一般框架和相应的场方程。特别是，嵌入低尺度的流体力学行为的本地化区域内的弹性体，连同其相应的有效尺寸，有助于有效地处理在大规模建模的缩放问题。初步结果表明，这种新的方法的有前途的功能。
2014-06-05 cond-mat.soft
Mechanical Forces Quench Frontal Polymerization: Experiments and Theory
本研究针对前沿聚合中力学作用影响被忽视的问题，通过独特实验揭示残余应力可淬灭反应前沿，构建热-化学-力学耦合理论模型，为前沿聚合的大规模工业应用提供指导。
2023-10-02 cond-mat.soft
The origin of mechanical enhancement in polymer nanoparticle composites with ultra-high nanoparticle loading
具有超高纳米颗粒负载量（> 50%）的聚合物纳米颗粒复合材料（PNC）已经显示出与其组分的纯体系相比同时表现出显著改善的强度、刚度和韧性。最近的实验研究表明，即使在低聚合物填充分数，硬度和模量显着增加的聚合物填充分数在这些高负载的PNC的效果。在这项工作中，我们的目标是通过检查拉伸变形下的聚合物和纳米粒子（NP）的动力学来了解这些性能增强的起源。我们进行分子动力学（MD）模拟的粗粒度，玻璃状聚合物在随机紧密包装的纳米粒子填料与不同的聚合物填充分数。我们表征的PNC系统的力学性能，比较NP重排行为，并研究在聚合物玻璃化转变以下的变形过程中的聚合物链段和链级动力学。我们的模拟结果证实了实验观察到的模量在低聚合物填充分数的增加，我们提供的证据表明，机械增强的来源是聚合物桥接效应。
2019-12-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Constitutive modeling, non-linear behavior, and the stress-optic law
橡胶聚合物的应力-应变响应的本构建模进行了描述，强调对纯橡胶和填充橡胶（后者是由于佩恩效应）的线性的限制。从玻尔兹曼叠加原理（时间应变不变性）的偏差下反向应变历史的审查，包括讨论的Mullins效应。本章还回顾了应力光学定律的应用和导致其崩溃的条件：内应力，玻璃化转变，取向耦合和蠕变恢复。不同的经验规则的非线性流动，包括Cox-Merz规则和劳恩和Gleissle的关系。
2011-03-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Circuit topology of linear polymers: a statistical mechanical treatment
电路拓扑是指属于线性有序对象集的对象之间的交互排列。线性有序对象集在自然界中很常见，在经济学、计算机科学、社会科学和化学合成中有着广泛的应用。例子包括线性生物聚合物，细胞中的线性信号通路以及项目管理中出现的拓扑分类。使用统计力学处理，我们研究电路拓扑景观的线性聚合物链与链内接触作为原型的线性排序对象的相互作用。我们发现的拓扑空间的一般功能和研究的统计性质的空间下的最基本的约束安排和拓扑相互作用的占用。我们观察到，一组相关的接触网站（一个部门）可以nontrivially影响电路的熵的参与网站的数量增加。最后，我们讨论了如何限制可以推断出所提供的信息，在存在的一个部门的地方接触分布。
2015-09-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A Physics-informed Assembly of Feed-Forward Neural Network Engines to Predict Inelasticity in Cross-Linked Polymers
在固体力学中，数据驱动方法被广泛认为是一种新的范式，可以克服本构模型的经典问题，如极限假设，复杂性和对训练数据的高度依赖。然而，由于数据空间的高维性、缺失数据的显著大小和有限的收敛性，在材料建模中实现机器学习方法一直是适度的。这项工作提出了一个框架，雇用概念从聚合物科学，统计物理学和连续介质力学提供超约束机器学习技术的降阶，以克服许多现有的困难。使用顺序降阶，我们简化了三维应力应变张量映射问题到有限数量的超约束一维映射问题。接下来，我们引入了一个多个复制神经网络代理的集合，将这些映射问题系统地分类为几个类别，所有这些类别都是一些不同代理类型的复制。通过捕获所有的加载模式，通过一组简化的分散的实验数据，提出的混合组装的代理提供了新一代的机器学习方法，简单地优于大多数本构关系的训练数据量，训练速度和精度，即使在复杂的加载情况。此外，它避免了传统的基于AI的模型的低可解释性。
2020-11-20 cond-mat.soft
Inducing mechanical self-healing in glassy polymer melts
本研究通过数值模拟发现，受控振荡变形可增强玻璃态聚合物熔体的局部分子迁移率，从而诱导裂纹修复并恢复原始机械性能，建立了一种玻璃中自修复的通用物理机制。
2024-04-17 cond-mat.soft
A Micro-mechanical Approach to Model Thermo-Oxidative Aging in Elastomers
本文提出了一种微观力学方法来描述热氧化对长时间尺度上老化弹性体本构行为的影响。特别是，该模型侧重于热氧化老化对弹性体的准静态力学响应及其非弹性响应，如Mullins效应和随时间的永久变形的影响。该模型进行了验证，相对于一个全面的实验数据设计的Johlitz等人。捕捉热氧化对弹性体的本构行为的影响。除了准确性，该模型相对简单，易于拟合。它需要10个材料参数，所有这些参数都具有明确的物理意义，可以从一组实验中导出。
2018-10-31 cond-mat.soft
Effects of anchored flexible polymers on mechanical properties of model biomembranes
本研究利用结合无网格膜模型与聚合物链的粗粒化模拟，揭示接枝柔性聚合物的熵效应会提高生物膜的自发曲率和弯曲刚度，且结果与理论预测相符。
2013-04-02 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
A constitutive model for elastomers tailored by ionic bonds and entanglements
在过去的一二十年中，出现了同时使用多种类型的弱相互作用来增强弹性体的机械性能的概念。这些弱相互作用包括物理缠结、氢键、金属配位键、动态共价键和离子键。缠结和离子键合的组合已经被最小限度地探索，并且由于聚电解质的广泛应用空间而特别令人兴奋。在这项工作中，本构模型框架的开发来描述与离子键和缠结的弹性体的响应。我们制定了一个微观力学模型，耦合在一起链拉伸，离子键滑动，纠缠演化。与共价交联的材料相比，离子键通过实现塑性形变提供韧性，并且与线性聚合物相比增加强度。缠结密度的演变被认为是弹性体刚度、韧性和自恢复的关键机制。该模型是用来匹配散装聚电解质与不同分数的离子成分下的各种加载历史。材料参数的变化，然后用来帮助理解不同的管理机制在本体聚合物的相对重要性。我们表明，理论框架可以解释我们的实验单轴拉伸聚电解质的实验结果。该模型可用于设计高刚度、高韧性的材料。我们希望我们的模型可以扩展到解释其他聚电解质和其他软材料的力学行为与广泛的动态键。
2022-11-11 cond-mat.soft
The evolution of the structure and mechanical properties of fully bioresorbable polymer-glass composites during degradation
完全生物可吸收的聚合物基质复合材料长期以来被认为是潜在的骨科植入材料，然而它们的机械强度、刚度、延展性和生物可吸收性的组合对于心脏支架应用也是有吸引力的。这项工作研究了磷酸盐玻璃对聚乳酸基聚合物的增强作用，解决了当前聚合物支架的主要缺点，并研究了降解过程中经常被忽视的结构和机械性能的演变。掺入15 - 30重量%磷酸盐玻璃导致模量增加高达80%，在模拟身体条件下，和15 wt.%玻璃复合材料保持了与纯聚合物相当的延展性，这对于需要延展性和刚度的支架应用至关重要。两个阶段的降解观察，占主导地位的界面吸水和玻璃溶解。聚合物脆化机制（结晶，焓弛豫）被抑制玻璃添加，使复合材料，以实现更可控的机械性能的损失在降解过程中，这可以允许负载逐渐转移到新愈合的组织。这些结果提供了一个有价值的新系统，了解完全生物可吸收聚合物基质复合材料降解过程中发生的结构和机械变化，提供了重要的新数据，以支持有效的心脏支架材料的设计。
2021-12-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Tuning the Mechanical Properties in Model Nanocomposites: Influence of the Polymer-Filler Interfacial Interactions
本文通过直接比较未接枝和PS接枝的SiO2在PS基体中的分散情况，研究了PS/SiO2纳米复合材料中聚合物-填料界面对填料分散和力学增强的影响。结合小角中子散射（SANS）测量和透射电子显微镜（TEM）图像研究了纳米颗粒的结构。通过板/板流变学和单轴拉伸在宽范围的变形下研究了力学性能。在低二氧化硅体积分数，颗粒排列，对于这两个系统，在小的有限尺寸的非连接的聚集体和材料表现出固体状的行为独立于本地的聚合物/填料的相互作用，这表明增强是由额外的长程效应为主。在高二氧化硅体积分数下，产生连续连接的网络，导致增强的快速增加，其幅度然后直接取决于局部颗粒/颗粒相互作用的强度，并且由于接枝聚合物的变形，接枝的幅度较低。
2011-07-10 cond-mat.soft
CO2-induced Rejuvenation in Polyetherimide: a New Key to Understand the Brittle-to-Ductile Transition in Mechanical Behavior of Nanocellular Polymers
University of Valladolid（巴利亚多利德大学）；TU Eindhoven（埃因霍温理工大学）
本研究首次表明CO2饱和可永久改变高Tg无定形聚合物的机械状态，揭示了纳米气泡聚合物机械行为脆性-韧性转变的新机制。
2025-12-22 cond-mat.soft
Off-Lattice Markov Chain Monte Carlo Simulations of Mechanically Driven Polymers
本文提出一种离格马尔可夫链蒙特卡罗方法，通过自适应非局部移动模拟半柔性聚合物在机械力下的响应，消除了在格模型的取向偏差，并与理论预测高度一致。
2024-09-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Polymer Composites Informatics for Flammability, Thermal, Mechanical and Electrical Property Predictions
Matmerize Inc.（Matmerize公司）；Robert Bosch LLC（罗伯特博世有限责任公司）
针对传统聚合物复合材料性能优化方法成本高且耗时的问题，研究构建了数据库与机器可读数据表示方案，训练并验证了15个性能的机器学习模型，首次将AI辅助设计扩展至该领域。
2024-12-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Photo-mechanical energy conversion using polymer brush dissociation
研究了一种利用聚合物和光解离将光连续地直接转化为机械能的装置。将拴在表面上的聚合物刷与其上方一小段距离处的平行板接触，该平行板包含结合聚合物和光可以发生光解离的反应位点。在适当的条件下，这些聚合物的集体效应是施加平行于板的力，将入射光转化为机械功。进行了数值计算，以了解这种效果，三维朗之万模拟，福克普朗克方程的解决方案，和一维蒙特卡罗模拟。Fokker Planck方程的理论分析被用来研究一个模型，在该模型中，未结合态发生平衡，并且在结合态中达到亚稳态平衡。它表明，每个周期的工作可以做得比热能大得多，但在需要一个大大降低的光解速率为代价。讨论了优化机械能转换的参数。
2013-01-03 cond-mat.soft q-bio.BM
Microscopic constitutive theory of stress overshoot, yielding, and strain hardening in amorphous materials
University of Milan（米兰大学）；Michigan State University（密歇根州立大学）
该研究基于非仿射弹性与不可逆多体弛豫耦合，为金属和聚合物玻璃非线性变形建立微观本构理论，解释应力过冲等现象，通过拉伸指数弛豫指数等定量再现多材料实验曲线，建立统一微观框架。
2026-07-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Anomalous Molecular Weight Dependence Reveals the Origin of Mechanical Enhancement in Polymer Nanocomposite
该研究通过双峰分子量聚合物纳米复合材料实验，发现界面聚合物反常链伸长促进网络结构，降低平均分子量可使剪切模量最高提升103倍，揭示了力学增强的分子起源与通用拉伸因子。
2025-01-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A Monte Carlo Simulation Study of the Mechanical and Conformational Properties of Networks of Helical Polymers. I General Concepts
本文采用基于Wang-Landau算法和三链模型的蒙特卡罗模拟相结合的方法研究了螺旋聚合物网络的力学和构象性质。我们发现，这些网络的应力-应变行为具有在由合成聚合物制成的典型网络中未观察到的新颖特征。特别是，我们发现，当这些网络被拉伸时，它们首先加强，然后软化，最后再次加强。应力的这种非单调行为与螺旋含量之一相关，并且通过聚合物的螺旋结构的伸长诱导的形成和熔融来合理化。我们补充这些结果与研究的其他构象的聚合物链，澄清这些网络的机械行为背后的分子机制。最后，我们提出了一个定性的比较，我们的一些结果与理论最近报道的Kutter和Terentjev。
2005-03-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
On Mechanical Behavior of Elastomeric Networks: Effects of Random Porous Microstructure
聚合物的微观力学分析中的一个假设是本构聚合物介质是无孔的。然而，介质的非孔隙性仅仅是一个简化的假设。在本文中，我们忽略了这一假设，并研究了具有不同孔隙体积分数的聚合物网络。一个随机形态描述函数被用来模拟网络的孔隙率和非线性有限元分析进行多孔聚合物网络的结构分析。结果表明，孔隙率效应对聚合物网络的力学行为有显著影响，并可使最大Von-Mises应力显著增加。
2018-08-05 cond-mat.soft physics.app-ph
On Mechanical Response of Macro- and Microfiller-Reinforced Polymer: Young Modulus and Shear Wave Velocity
我们最近研究了铁弹-介电型微复合材料的有效剪切模量和体积模量、有效泊松比和有效介电响应问题。最近，一位M。Hudak等对EVA材料的静态力学性能进行了理论和实验研究。我们将我们所提到的铁弹性-弹性体型微复合材料的力学响应的研究扩展到杨氏模量和剪切波速度的研究。
2017-03-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Nonmonotonic dependence of polymer glass mechanical response on chain bending stiffness
我们通过粗粒模拟和非仿射晶格动力学理论研究了非晶态聚合物的力学性能。聚合物链弯曲刚度的小幅增加首先导致材料软化，而硬化仅在主链进一步强化时发生。储能模量$G'$随抗弯刚度的这种非单调变化是由更硬的主链提供的对变形的额外阻力与由于单体-单体配位的必要降低而导致的材料密度降低之间的竞争引起的。这一违反直觉的发现表明，在某些情况下，聚合物玻璃的强度可以通过软化组成链的弯曲来增强。
2017-09-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Influence of nanoparticle size, loading, and shape on the mechanical properties of polymer nanocomposites
通过粗粒分子动力学模拟研究了球形、三角形和棒状纳米粒子对聚合物纳米复合材料力学性能的影响。我们专注于纳米颗粒的尺寸，负载，质量和形状如何影响PNC的弹性模量，在故障和抵抗空腔的形成和增长，在外部应力的应力。我们发现，在强的聚合物-纳米颗粒相互作用的制度，通过临时聚合物-纳米颗粒交联的聚合物网络的形成具有PNC增强的主导作用。球形纳米颗粒的尺寸与聚合物单体的尺寸相当，其在增韧PNC方面比较大的球形颗粒更有效。当比较球形、三角形和棒状几何形状的颗粒时，棒状纳米颗粒成为最好的PNC增韧剂。
2012-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Mechanical properties of carbon nanotube reinforced polymer nanocomposites: A coarse-grained model
在这项工作中，一个粗粒（CG）模型的碳纳米管（CNT）增强聚合物基复合材料的发展。CG模型的一个显着特点是能够捕获聚合物链和纳米管之间的相互作用。利用CG模型和全原子系统之间的应变能守恒，对纳米管和聚合物链的CG势进行了标定。CG模型在预测碳纳米管/聚合物复合材料的弹性性能的适用性和效率进行了评估，通过验证过程与分子模拟。模拟结果表明，CG模型是能够估计的纳米复合材料的力学性能与高精度和低的计算成本。研究了碳纳米管增强体的体积分数对纳米复合材料杨氏模量的影响。随机分布的碳纳米管增强体的大型单元电池的建模方法的应用进行检查。所建立的CG模型将使增强聚合物基复合材料的模拟跨越从纳米到介观尺度的广泛的长度尺度。
2017-04-11 cond-mat.soft physics.app-ph
Mechanical properties and microdomain separation of fluid membranes with anchored polymers
采用无网格膜模型结合锚定线性聚合物链，研究了锚定聚合物对生物膜的熵效应。研究了锚定理想高分子链和排斥体积高分子链的弯曲刚度和自发曲率。我们的结果与以前的理论预测是一致的。结果发现，聚合物降低膜边缘的线张力，以及膜域之间的界面线张力，导致微域形成。与在典型的二元流体中观察到的两相混合不同，密集锚定的聚合物使小区域稳定。提出了锚定理想链降低边缘线张力的平均场论，较好地再现了模拟结果。
2013-10-03 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
A generalized mechanical model using stress-strain duality at large strain for amorphous polymers
在文献中已经开发了许多模型来模拟非晶态聚合物在大应变下的热机械行为。这些模型一般表现出良好的协议与实验结果时，材料提交单轴载荷（拉伸或压缩）或剪切载荷的情况下。然而，当它们用于组合载荷情况时，这种一致性会大大降低。将这些模型推广到更复杂的负载是罕见的。特别是，在拉伸或压缩中识别的模型通常高估剪切响应。一个困难在于，3D模型必须聚合不同的物理建模，用不同的运动学描述。这就需要使用复杂的传输操作器来操纵。在本文中，我们提出了一个力学模型的大应变，广义三维，并精确地引入适当的运输运营商，以获得一个确切的运动学。通过对内力幂的计算，验证了应力应变的对偶性。这种广义模型适用于聚碳酸酯无定形聚合物的情况下。拉/压和剪切的模拟结果与经典的建模和文献中的实验结果进行了比较。结果大大提高了数值预测的无定形聚合物提交任何负载情况下的机械响应。
2021-06-22 cond-mat.soft
Unstable Flow and Non-Monotonic Constitutive Equation of Transient Networks
我们测量了一个模型瞬态网络在大范围的稳态剪切速率下的非线性流变响应。该系统是建立从水包油液滴微乳液，其中遥爪聚合物被纳入。相行为的特征在于，其包括液-气相分离和逾渗阈值。流变测量在渗流线以上的单相区域中进行。剪切变稀观察所有样品，导致在大多数情况下，在中间剪切速率的不稳定应力响应。我们建立了一个非常简单的平均场模型，该模型涉及到由于高剪切下的链张力而导致的粘着剂在液滴中的停留时间的减少。计算的本构方程是非单调的范围内的应力是一个递减函数的速率，一个功能，确实使均匀流动不稳定。计算得到的流动曲线与实验结果吻合较好。
2004-10-12 cond-mat.soft
Glass formation in mechanically interlocked ring polymers: the role of induced chain stiffness
本文通过分子动力学模拟研究机械互锁环状聚合物的玻璃化转变，发现减小链长可诱导子环有效刚性，统一解释短链互锁环的结构特征与动力学停滞，并揭示冷却过程中从弱笼蔽到强笼蔽的转变及链刚性对玻璃态深度的影响。
2024-07-05 cond-mat.soft
Continuum Mechanical Modeling of Strain-Induced Crystallization in Polymers
目前的贡献集中在无填充聚合物的应变诱导结晶的力学模型的一致性。这种现象对于聚合物的机械性能以及它们的制造和应用特别重要。该模型采用耗散势最小原理，并假设两个内部变量：结晶变形和网络的规则性。除了必要的耗散势的演化方程的推导，以及建立Arruda-Boyce模型被选择来描绘的聚合物的弹性行为。该模型的两个特点是演化方向取决于应力状态和在加载和卸载阶段的结晶的区别。该模型已被实施到有限元方法和应用于数值模拟的生长和收缩的晶体区域在循环拉伸试验的样品具有不同的初始配置。这一概念使微观结构的演变可视化，产生的信息，仍然是无法访问的实验技术。
2020-04-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Dynamic mechanical response of polymer networks
在管模型的框架下，在小仿射变形的限制下，采用基于瑞利耗散函数的方法，研究了柔性聚合物网络的动态力学响应。动态复模量G* 的计算是通过分析一个网络链松弛到新的平衡构象周围的扭曲的原始路径。链平衡是通过沿管的高分子链段的滑动运动，消除了由变形引起的聚合物密度的不均匀性。该运动的特征弛豫时间<tau>将复数模量的低频极限与高频极限分开，其中主要作用由链缠结发挥，类似于熔体中的橡胶平台。储存和损耗模量G'和G“对交联和缠结密度的依赖性给出了聚合物熔体和交联网络之间的插值。我们讨论了实验的影响，而短的弛豫时间和缓慢的平方根变化的模量和损耗因子tan<delta>在较高的频率。
2000-07-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A large deformation model for quasi-static to high strain rate response of a rate-stiffening soft polymer
针对聚硼硅氧烷（PBS）大应变响应缺乏宽应变率本构模型的问题，提出基于微观物理的动态交联本构模型，通过实验验证其在六个数量级应变率下的预测准确性，可推广至同类软聚合物。
2023-07-18 cond-mat.soft
Mechanical Degradation of Unentangled Polymer Melts under Uniaxial Extensional Flow
本文利用非平衡分子动力学模拟研究未缠结聚合物熔体在单轴拉伸流动下的流变行为与力学降解，揭示剪切增稠—变稀—增稠及断键引发的变稀阶段，并阐明断裂动力学从一级反应向非一级反应转变的条件，为聚合物制造工艺优化提供理论依据。
2025-06-04 cond-mat.other cond-mat.soft
Effect of chain length distribution on mechanical behavior of polymeric networks
网络链分布对弹性体力学性能的影响是橡胶力学中长期存在的问题之一。经典的橡胶弹性理论是建立在网络熵弹性假设的基础上的，网络的本构链是均匀长度的。硫化动力学理论、计算机模拟和间接实验测量都表明，硫化橡胶的微观结构是由长度随机分布的聚合物股线组成的。预期股线长度的多分散性控制橡胶的机械强度，因为过载的短股线在小变形下断裂并将载荷传递到较长股线。这一贡献的目的是提出一个简单的理论，橡胶力学，考虑到股线的长度分布和它的影响，散装故障的发病。
2017-09-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
