A change in stripes for cholesteric shells via anchoring in moderation
本文研究弱锚定下胆甾相液晶球形壳层中由锚定转变诱导的新条纹态和焦锥畴态，并用Landau-de Gennes模型模拟构型，揭示指向矢缺陷与螺距缺陷的相互转化。
2017-06-14 cond-mat.soft
Undulation instabilities in cholesteric liquid crystals induced by anchoring transitions
胆甾相液晶（CLC）具有由其组成的棒状分子的扭曲堆叠的节距给出的特征长度尺度。在垂面锚定条件下，分子倾向于垂直于界面取向，双折射界面表现出条纹相，条纹宽度与间距相称。相反地，平面锚定条件使分子保持在界面平面中，使得CLC扭转垂直于它。Tran等人，Phys. Rev. X 7，041029（2017）]显示改变锚定条件显著地重排CLC条纹图案，将条纹图案中的缺陷与液晶分子的分子取向中的缺陷交换。实验和数值模拟表明，当我们从垂面锚定条件过渡到平面锚定条件时，CLC条纹也会经历起伏不稳定性，反之亦然。波动可以被解释为一个短暂的松弛的CLC的应变层由于倾斜的俯仰轴，与经典的Helfrich-Hurault不稳定性的性质类似。我们专注于CLC壳，特别是显示，球形拓扑的壳也起着重要的作用，在塑造的起伏。
2020-02-10 cond-mat.soft
Elastic interactions between topological defects in chiral nematic shells
提出了一个新的、自洽的、鲁棒的理论模型来研究液晶壳层中拓扑缺陷之间的弹性相互作用。以一种简单的方式解释壳的非同心性质，我们能够成功地准确地解释和预测缺陷的位置，这在胶体自组装的背景下最相关。我们校准和测试我们的模型对现有的实验数据，并将其扩展到所有新观察到的缺陷配置手性双壳层。我们进行了新的实验，以进一步检查和确认本模型的有效性。此外，我们能够获得的能量的$+1$或$+3/2$向错线的胆固醇，其复杂的性质是最近才报道的定量估计。
2016-10-11 cond-mat.soft
Nematic versus ferromagnetic shells: new insights in curvature-induced effects
在连续介质理论的框架内，我们绘制了一个平行的铁磁材料和非晶液晶之间的曲面上，这都是由本地相互作用和锚定势的特点。我们表明，结合的指向矢场的面外分量的外壳的非本征曲率引起的手征效应。这种相互作用产生了一个有效的能量项，让人想起胆甾相液晶中的手征项，曲率张量充当了一种各向异性螺旋。我们还讨论了如何不同性质的序参量，矢量在铁磁体和向列相的张量，产生不同的纹理表面上具有相同的拓扑结构的领域。特别是，我们表明，非本征曲率控制的基态配置上的一个球形壳，有利于两个对极向错的电荷+1小粒子和四个$+1/2$向错的电荷位于一个正方形的顶点内接在一个大的圆形上的较大的粒子。
2021-05-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Curvature condensation and bifurcation in an elastic shell
本文采用实验和数值模拟相结合的方法研究了圆柱壳内局部几何缺陷的形成和演化。我们发现，作为一个对称的本地化压痕上的半圆柱壳增加，有一个过渡，从一个全球性的变形模式到一个本地化的一个导致冷凝的曲率沿对称抛物线折痕。这个过程在系统中引入了一个软模式，将承载结构转换为铰链运动机制。进一步的压痕导致孪晶，其中抛物线折痕分叉成在对称线的任一侧上分开的两个折痕。一个定性的理论捕捉的现象的主要特征，并导致这些缺陷的成核更尖锐的问题。
2006-07-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Attractive Hopfions and Bimerons in Thin Films of Chiral Magnets: Cluster Formation and Lattice Instability in the Conical Phase
Hiroshima University（广岛大学）
研究手性磁体薄膜中双半子和霍普夫子在锥形态背景下的能量、相互作用及有序倾向，发现吸引相互作用导致团簇形成但无稳定长程有序。
2026-06-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft math-ph
The nonlinear buckling behavior of a complete spherical shell under uniform external pressure and homogenous natural curvature
本文研究了球壳在均匀外压和均匀自然曲率联合作用下的稳定性问题。非机械刺激，例如倾向于改变弹性体的静止曲率的刺激，在大范围的天然和工程系统中普遍存在，并且可能由于热膨胀、pH变化、差异溶胀和差异生长而发生。在这里，我们研究如何存在的一个不断变化的自然曲率和外部压力修改一个完整的球壳的稳定性。我们表明，由于压力和曲率之间的力学类比，正的自然曲率可以严重破坏薄壳的稳定性，而负的自然曲率可以加强壳的屈曲，提供了可能性，设计的壳屈曲在理论极限或以上的压力，即一个敲高因子。这些结果直接从经典的压力下的壳体的稳定性分析，并突出了重要的作用，非机械刺激可以有修改的薄壳中的膜状态的应力。
2018-10-09 cond-mat.soft
Effect of different geometrically nonlinear strain measures on the static nonlinear response of isotropic and composite shells with constant curvature
超轻柔性壳和膜的结构分析可能需要采用复杂的非线性应变-位移关系。在某些情况下，这些可以近似和简化，例如，在中等大的位移和旋转的情况下，在其他一些情况下可能不是。在本文中，各种几何非线性应变近似，如冯卡门应变的有效性进行了研究，利用基于卡雷拉统一公式（CUF）的精化壳公式。此外，几何非线性方程被写在一个总的拉格朗日框架，并解决了一个适当的牛顿-拉夫森方法。测试用例包括研究壳体受到挤压载荷、弯曲和压缩的组合以及后屈曲（包括突跳问题）。它表明，当位移高于厚度的数量级时，如果施加压缩载荷，则应执行完整的几何非线性分析，以说明完整的Green-Lagrange应变。
2021-07-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Curvature-driven instabilities in thin active shells
自发的材料形状变化，例如膨胀、生长或热膨胀，可用于触发薄壳中的显著弹性不稳定性。这些不稳定性起源于壳体的优选的外在曲率和内在曲率之间的几何不相容性，这可以通过分别穿过厚度和平面内的主动变形来修改。在这里，我们解决了这种不稳定性的最简单的可能模型，它假设壳是浅的，薄到足以弯曲，但不拉伸，并受到均匀的首选曲率。我们分别考虑高斯曲率为零、正、负的情况。我们识别出两种类型的超临界对称性破缺失稳，其中壳体的主曲率自发地分别破缺离散上下对称性和连续平面各向同性。这些然后被反转不稳定性和旋转不稳定性增强，反转不稳定性中，壳在上/下对称性破缺状态之间亚临界地跳跃，旋转不稳定性中，曲率在各向同性破缺状态之间旋转90度而不释放能量。每种不稳定性都有一个与厚度无关的阈值，用于与高斯曲率的平方根成比例的优选非本征曲率。最后，我们表明，各向同性破坏不稳定性的阈值是相同的深球冠，最近发表的数据吻合得很好。
2022-04-15 cond-mat.soft
Curvature-Induced Instabilities of Shells
由细胞膜内的蛋白质或由差异生长、加热或溶胀引起的自发弯曲可以显著影响薄体的形态并引起机械不稳定性。然而，在弯曲壳的自发曲率和几何挫折的相互作用仍然知之甚少。通过对弹性球双层壳，模拟和理论的精密实验相结合，我们显示了一个自发的曲率引起的旋转的dopry-breaking以及抢购不稳定让人想起金星飞陷阱关闭机制。的不稳定性和它们对几何形状的依赖是合理的，通过减少自发曲率的有效机械负荷。该配方揭示了一个组合的压力状的整体项和一个torquelike边界项，允许缩放预测的不稳定性与实验和模拟非常一致。此外，有效压力的类比表明，曲率诱导屈曲封闭壳。我们确定的临界屈曲曲率通过线性稳定性分析，占残余膜和弯曲应力的组合。几何在我们的研究结果中的突出作用表明了结果在广泛尺度上的适用性。
2018-01-26 cond-mat.soft
Curvature-Guided Mechanics and Design of Spinodal and Shell-Based Architected Materials
本文建立理论框架量化曲率对壳基自旋odal构筑材料各向异性刚度和强度的影响，提出几何度量指标预测拉伸与弯曲能量分布，并通过有限元模拟和微尺度实验验证，为曲率驱动的构筑材料优化设计提供指导。
2025-05-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
Hydrodynamic theory for nematic shells: the interplay among curvature, flow and alignment
本文导出了双折射液晶在弯曲衬底上的流体力学方程。我们调用拉格朗日-瑞利变分原理，以适应埃里克森-莱斯利理论的二维向列相，其中退化锚定的分子在基板上被强制执行。在这个计划中唯一的本构假设涉及自由能量密度，给出了二维弗兰克潜力，和密度的耗散，这是需要满足适当的不变性要求。由此产生的运动方程耦合的速度场，指向矢对准和壳的曲率。为了说明我们的研究结果，我们考虑的效果，一个简单的剪切流的对齐上的一个圆柱形壳体。
2016-07-04 cond-mat.soft
Curvature controlled pattern formation in floating shells
壳在受到约束时，可以变形成各种各样的形状和模式，通常与其平的对应物（板）产生的变形完全不同。在这项工作中，我们讨论了沉积在流体基底上的壳的形态景观。浮壳自发地屈曲以适应自然的投影面积的过剩，并且根据其固有特性，出现结构化的屈曲配置。我们研究这些不稳定性的力学，并提供了一个理论框架来连接壳的几何形状与空间相关的限制。最后，我们讨论了利用几何形状和固有曲率作为控制薄表面上的图案制造的新工具的潜力。
2018-06-10 cond-mat.soft nlin.PS
Bistable curvature potential at hyperbolic points of nematic shells
向列相壳层是一种表面包覆有液晶分子的胶体粒子，它可以在胶体表面自由滑动和旋转，同时保持其长轴在局部切平面上。我们用可定向曲面上的单位指向矢场来描述壳层上的超序。平衡场可以通过最小化弹性能来找到，弹性能通常是指向矢场的表面梯度的函数。我们学习如何从这种能量中系统地提取化石成分，只与表面及其曲率有关，它表达了分子扭矩的曲率势。在胶体表面上的双曲线点处，并且仅在那里，曲率势优选的排列可能不是主曲率的方向。在那里，化石能源变得越来越双稳态。
2017-06-20 cond-mat.soft math-ph math.MP
Curvature-Driven Morphing of Non-Euclidean Shells
我们研究如何薄的结构改变其形状响应于非机械刺激，可以被解释为结构的自然曲率的变化。从非欧几里德板壳理论出发，我们推导出一个有效的模型，该模型将三维刺激减少到结构中表面的自然基本形式，并在厚度上进行膨胀或生长。然后，我们将该模型应用到各种薄体，从平板到球壳，获得理论和数值之间的良好协议。我们将展示圆柱体和圆锥体如何弯曲或展开，并最终捕捉和旋转。我们还研究了近等距变形的球壳，并描述了这种形状的变化是如何由主轴的几何规则。由于导出的结果源于纯几何模型，因此它们是通用的和可扩展的。
2017-06-06 cond-mat.soft
Multiparameter actuation of a neutrally-stable shell: a flexible gear-less motor
我们已经设计和实验测试的变形结构组成的中性稳定薄圆柱壳驱动的多参数压电驱动。该壳是通过塑性变形的初始平坦的铜盘，以诱导大的各向同性和几乎均匀的非弹性曲率。在塑性形变之后，在完全各向同性系统中，壳体理论上是中性稳定的，具有对应于最大曲率轴的旋转的稳定圆柱形状的连续流形。小的缺陷使实际结构弯曲，给出优选的取向。一个三参数的压电驱动，施加通过微纤维复合材料致动器，使我们能够添加一个小扰动的塑性非弹性曲率和控制的最大曲率的方向。这种驱动法是通过一个完全非线性不可扩展的均匀曲率壳模型的基础上的几何类比设计的。我们报告的制造，识别和实验测试的原型和证明的有效性的压电致动器在控制其形状。由此产生的运动是外壳的明显旋转，由电压控制，就像在“无齿轮马达”中一样，实际上，这是主曲率轴的进动。
2017-07-16 cond-mat.soft physics.class-ph
Coupling topological defect phase to extrinsic curvature in nematic shells
在二维向列学中，拓扑缺陷是具有电荷和相位的点状奇点。本文研究了圆柱体表面上的曲面纹理中的拓扑缺陷。这使我们能够隔离外部曲率对拓扑缺陷结构的影响。通过最大限度地减少与扭曲的能量在一个缺陷的核心周围的指向矢，我们表明，相位的拓扑缺陷耦合到圆柱体的取向。这种耦合取决于与双折射指向矢的张开、弯曲和扭曲变形相关联的相对能量成本。当扭曲变形占主导地位时，我们确定了缺陷相的双稳态。最后，我们展示了一个类似的效果为整数电荷拓扑缺陷。
2022-05-09 cond-mat.soft
A Geometric Mapping from Rectilinear Material Orthotropy to Isotropy: Insights to Plates and Shells
提出将正交各向异性扁壳映射为各向同性壳的重标度变换，推导了圆柱体和旋转椭球体的屈曲压力及压入响应精确表达式，理清了几何与材料各向异性对壳刚度的独立贡献。
2023-07-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Curvature-driven wrinkling of thin elastic shells
把一个弹性薄壳压扁需要多少能量？受最近浮壳结构振动模式实验的启发，我们通过$Γ$ -收敛发展了一种严格的方法，用于回答这个问题，以壳的厚度和其他小参数的领先顺序。所观察到的图案涉及“有序”区域的明确定义的皱纹旁边的“无序”区域，其局部特征不太稳健;由于很少或没有张力施加，对顺序的偏好不是先验清楚的。通过一个典型模式的能量重新标度，我们得到了壳的有效位移的一个极限变分问题。它要求，以线性化的方式，覆盖一个最大的面积与长度缩短地图的平面。凸分析产生了一个边值问题，通过其缺陷措施的特征伴随模式。部分唯一性和正则性定理是由壳的有序部分的特征线方法得出的。用这种方法，我们可以从最小能量原理导出冲压弹性壳的首阶特征。
2020-08-18 cond-mat.soft math.AP
Patterning of multicomponent elastic shells by Gaussian curvature
本研究通过模拟三组分弹性壳体，揭示平均弯曲能、高斯弯曲能与界面线张力竞争如何驱动蛋白组分按边缘、顶点和面图案化分布。
2023-07-24 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Efficient snap-through of spherical caps by applying a localized curvature stimulus
在MEMS致动器和其他工程设备中，均匀的刺激（例如，机械、化学、热或磁）通常被施加到整个壳体以引发突跳不稳定性。在这项工作中，我们证明，限制壳边界的有效面积允许其大小的大幅度减少，从而减少了所需的能量输入驱动壳。要做到这一点，我们结合理论与一维有限元模拟的球冠与非均匀分布的刺激响应材料。我们依赖于有效曲率刺激，即由非机械刺激引起的自然曲率，这确保了我们的结果是完全与刺激无关的。为了验证我们的数值并证明这种普遍性，我们还进行了两组实验，其中我们使用双层硅橡胶弹性体的残余溶胀-一种模拟差异生长的过程-以及磁性弹性体来诱导导致突变的曲率。我们的研究结果阐明了潜在的机制，提供了一个直观的路线，以优化设计，有效的管理单元通过。
2021-08-23 cond-mat.soft
Geometrically controlled snapping transitions in shells with curved creases
对于薄材料，曲率和力学是密切相关的，几何形状和物理特性之间的这种耦合很容易在从肠绒毛和花粉粒到褶皱膜和可编程超材料的折叠结构中看到。虽然折叠平坦表面背后的众所周知的规则和机制已用于创建可展开结构和形状可变形材料，但弯曲壳体的折叠仍然没有从根本上理解。弯曲的壳通过同时弯曲和拉伸而自然变形，虽然这种耦合为工程应用提供了很大的稳定性，但它使折叠任意曲率的表面成为一项不平凡的任务。在这里，我们讨论折叠的几何折痕壳，并从理论上证明的条件下，它可以折叠连续。当这些条件被违反，我们表明，使用实验和模拟，壳进行快速抢购运动折叠从一个稳定的配置到另一个。虽然材料的不对称性是产生这种稳定性分叉的一种已被证明的机制，但对于有折痕的壳体而言，固有的几何形状本身就成为折叠的障碍。我们在这里讨论两个基本的几何概念，折痕和曲率，结合起来，允许从一个稳定状态到另一个快速过渡。独立于材料系统和长度尺度，我们在这里介绍的设计规则解释了如何在任意表面中生成捕捉过渡，从而促进了具有快速驱动能力的可编程多稳定材料的创建。
2014-10-26 cond-mat.soft
Tuneable defect-curvature coupling and topological transitions in active shells
该研究聚焦极性与向列型活性液晶构成的可变形壳层，通过线性稳定性分析与三维流体动力学模拟，揭示活性可调控缺陷-曲率耦合，且强拉伸活性可驱动极性系统发生球到环的拓扑转变，为缺陷作为拓扑形态发生素提供支撑与可验证预测。
2023-04-12 cond-mat.soft physics.bio-ph
Simulating defect textures on coalescing nematic shells
两个相互接触的壳层聚结，以降低它们的界面张力。该过程通过形成液体颈状桥来进行，封装的流体流过该液体颈状桥。在这种拓扑转变之后，我们研究了缺陷织构随组合壳形状的演变。通过改变壳层的尺寸，我们对偶极子的指向矢场和缺陷价进行了准静态研究。制度被发现存在的积极和消极的缺陷，由于在颈部的大负高斯曲率。使用大规模的计算机模拟，我们确定如何湮灭缺陷对聚结壳的选择，并在湮灭发生的聚结阶段。
2013-09-18 cond-mat.soft
Nematic director fields and topographies of shells of revolution
我们解决了正问题和逆问题的转化与平面旋转表面的非平凡的地形，包括高斯曲率，没有拉伸弹性成本。我们处理的系统足够细长，有一个小的弯曲能量成本。形状变化是由光或热引起的，光或热引起沿着初始平坦的双折射片的平面中的非均匀指向矢场的收缩。正向问题是，给定指向矢分布，诱导出什么形状？在此过程中，我们确定高斯曲率和演化与诱导的机械变形的导演场和材料曲线的表面（原半径），将成为半径在最终的表面。逆问题是，给定一个目标形状，需要指定什么指向矢场？导演领域的分析实例充分计算，将为特定的变形，收益链和抛物面的革命。用积分方程给出了一般公式。
2018-01-30 cond-mat.soft
Depressions at the surface of an elastic spherical shell submitted to external pressure
弹性理论计算预测了在受到外部各向同性压力的球形薄壳表面出现的凹陷数N。在一个主要考虑曲率变形的模型中，我们证明了N只取决于相对体积变化。平衡构型示出对于小体积变化的单次凹陷（N=1），然后N增加到6，在由于空间限制而更突然地减小之前，对于最大体积变化再次下降到N=1。这些预测与先前发表的实验观察结果一致。
2008-02-06 cond-mat.soft
Why large icosahedral viruses need scaffolding proteins: The interplay of Gaussian curvature and disclination interactions
虽然小的单链病毒外壳自发地使它们的基因组发生变性，但许多大型病毒，如疱疹病毒或传染性法氏囊病病毒（IBDV），通常需要由支架蛋白或内核组成的模板。尽管自然界中大型病毒的增殖，但数百或数千个蛋白质组装形成具有二十面体序（IO）的结构的机制是完全未知的。使用连续弹性理论，我们研究了大的病毒壳（衣壳）的生长，并表明，一个非特异性的模板不仅选择半径的衣壳，但导致错误的蛋白质亚基组装成衣壳与通用IO。我们证明，作为一个球冠的增长，有一个深的潜在的位置的向错，后来在组装过程中将成为一个二十面体的顶点。此外，我们引入了一个极小模型，并在非平衡条件下模拟了病毒壳在模板周围的组装，发现连续弹性理论的结果和数值模拟之间的完美匹配。除了解释现有的实验结果，我们提供了一些新的预测。球形晶体中的其他问题的影响也进行了讨论。
2018-09-06 cond-mat.soft physics.bio-ph
Where Humpty Dumpty Breaks: Geometry-Driven Fracture in Ellipsoidal Shells
Keio University（庆应义塾大学）；Osaka University（大阪大学）
研究揭示了壳体曲率如何通过诱导应力各向异性控制破裂形态的演变，通过内部加压双层椭球壳体展示出不同方向的破裂形态多样性，并建立曲率与破裂的直接联系。
2026-03-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Propagation of pop ups in kirigami shells
Kirigami启发的超材料吸引了越来越多的兴趣，因为它们能够通过平面外屈曲实现极大的应变和形状变化。虽然在平kirigami片的韧带屈曲同时作为欧拉列导致连续的相变，在这里，我们证明kirigami壳也可以支持不连续的相变。具体而言，我们通过实验，数值模拟和理论分析相结合，在圆柱形kirigami壳的初始弯曲韧带的抢购引起的曲率反演的结果在弹出过程中，首先本地化附近的缺陷，然后，随着变形的增加，逐步蔓延到整个结构。值得注意的是，我们发现，过渡区的宽度，以及在不稳定性的传播被触发的应力可以通过仔细选择的几何形状的削减和壳的曲率进行控制。我们的研究显著扩展了现有kirigami超材料的能力，并为下一代响应表面的设计开辟了途径，正如智能皮肤的设计所证明的那样，它显著提高了简单线性致动器的爬行效率。
2019-05-01 cond-mat.soft nlin.PS physics.app-ph
The robust assembly of small symmetric nano-shells
高度对称的纳米壳层存在于许多生物系统中，如网格蛋白笼和病毒壳层。几项研究表明，对称壳层在自然界中的出现是由于其组成亚基之间的一般相互作用的自由能最小化。我们研究了对称壳形成的物理基础，并使用一个极小模型，我们证明，这些结构可以很容易地从非平衡条件下相同的亚基增长。我们的纳米壳组装模型表明，自发曲率调节壳的大小，而亚基的机械性能决定了组装结构的对称性。了解形成封闭纳米壳的最低要求是纳米容器工程的必要步骤，这将对材料科学和医学产生深远的影响。
2014-10-03 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Localization in musical steelpans
本文将钢鼓建模为振动弹性壳体，把局域化景观理论推广到向量值情形，揭示音符区域与周围壳体的曲率差决定模态约束强度，为弹性壳体中局域化模态设计提供几何原理。
2022-12-29 cond-mat.soft
Cooling a spherical nematic shell
在Landau-de Gennes液晶理论的框架下，我们研究了球壳上温度诱导的各向同性-双折射相变。在低于临界温度时，包覆在微观球形颗粒上的一层薄的纳米粒子由于几何挫折而呈现出不均匀的织构。通过弱非线性分析，我们找到了临界温度阈值的精确值，并精确地确定了相变点的织构。临界温度受球体外曲率的影响，并且这种非线性排列与Poincaré-Hopf指数定理和实验观测相一致。对各向同性-非对称转变处分叉织构的稳定性分析表明，只有四面体构型是稳定的。
2021-04-23 cond-mat.soft math-ph math.MP
