Predicting Complex Non-spherical Instability Shapes of Inertial Cavitation Bubbles in Viscoelastic Soft Matter
软物质中的惯性空化是生物和工程过程中的一种重要现象。实验，理论和数值技术的最新进展提供了进入一个充满非线性物理学的世界，但迄今为止，我们大多数的定量理解一直集中在一个球对称描述的空化过程。然而，空化气泡的生长和破裂很少以完全对称的方式发生，特别是在软材料中。预测动态产生的非球形不稳定性的发生仍然是一个重大的，未解决的挑战，部分原因是由于周围的非线性粘弹性固体引入的额外的本构复杂性。在这里，我们提供了一个新的理论模型，能够准确地预测发病的非球形不稳定形状的气泡在软材料中明确占所有相关的非线性相互作用之间的流体状空化气泡和固体状的环境。与高分辨率的实验图像在聚丙烯酰胺（PA）水凝胶激光诱导空化事件的比较显示出良好的一致性。有趣的是，并与实验结果一致，我们的模型预测出现各种动态不稳定形状的环向拉伸比大于一个相反，最准静态的调查。我们的新理论框架不仅提供了前所未有的洞察力在软固体中的空化动力学，但它也提供了一个定量的手段来解释气泡动力学相关的广泛的工程和医学应用以及自然现象。
2021-04-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Instabilities govern the low-frequency vibrational spectrum of amorphous solids
本研究揭示边界条件诱导的不稳定性是非晶固体低频振动模式幂律标度指数存在争议的核心原因，识别出两类弹性分支并明确其不同的VDoS标度规律，提出两种极限行为，解释了相关实验差异。
2024-12-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Elementary plastic events in amorphous silica
非晶材料的塑性不稳定性通常使用二元混合物的理想化模型来研究，该模型不能准确地捕获真实玻璃中存在的分子相互作用和键合。本文采用三维分子动力学模型研究石英玻璃在准静态剪切下的原子尺度塑性不稳定性。我们确定了两种不同类型的基本塑料事件，一个是一个标准的准本地化原子重排，而第二个是一个键断裂事件，是在脆弱的玻璃成型机的简化模型缺席。我们的研究结果表明，这两个塑性事件可以预测下降的最低非零特征值的海森矩阵，消失在临界应变。值得注意的是，我们发现非常高的相关性的特征向量和非仿射位移场伴随着债券的断裂事件，预测的结构故障的轨迹。两个特征向量和非仿射位移场显示Eshelby样的四极结构的两种失效模式，重排或键断裂。因此，我们的研究结果澄清了原子尺度的塑性不稳定性的二氧化硅玻璃提供有用的信息的发展介观模型的非晶塑性。
2019-10-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Universality of the Plastic Instability in Strained Amorphous Solids
通过比较金属玻璃和Lenard-Jones玻璃对外部应变的响应，我们发现在无热准静态极限下基本塑性不稳定性的定量普遍性。在显微镜下，这两种类型的玻璃是不同的，因为人们可以想象，后者是由二元相互作用，而前者是由多重相互作用，由于电子气的影响，不能忽视。尽管有这种巨大的差异，塑性失稳是相同的鞍结分叉。因此，在弹塑性稳定状态的应力和能量下降的统计是普遍的，共享相同的系统尺寸指数。
2011-11-03 cond-mat.soft
Characteristics and Correlation of Nonaffine Particle Displacements in the Plastic Deformation of Athermal Amorphous Materials
当非晶态固体均匀变形时，响应表现出非均匀塑性不稳定性，颗粒团簇局部协同重排。非均匀性是决定非晶态固体力学性能的重要因素。本文采用计算机模拟的方法，研究了在无热准静态极限下，非晶态固体在简单剪切变形作用下，以非仿射位移为特征的团簇的特性和空间相关性。具有大位移的集群被发现是均匀分布在空间中的弹性制度，其次是一个本地化的系统跨越剪切带屈服后。位移场的分布呈现幂律性质，其指数与变形密切相关。非仿射位移表现出很强的空间相关性，并随着应变的增加而变长。从我们的结果可以看出，在弹性区域，关联函数的衰减是指数性质的。屈服转变的标志是衰减的突然变化，之后它被很好地描述为幂律。这些结果表明，非仿射相关的无标度的字符在稳定的流动状态。这些结果被认为是强大的和独立的应变窗口的总非仿射位移计算。
2022-01-27 cond-mat.soft
Amorphous to amorphous transition in particle rafts
漂浮在空气-水界面上的无热疏水颗粒的空间填充组件，称为颗粒筏，显示出在两个之间经历不寻常的相变，即，作为颗粒数密度（$Φ$）的函数的低密度“较低刚性”和高密度“较高刚性”的非晶态。前者被证明是一个毛细桥固体和后者的摩擦耦合。涉及直接成像以及测量其纵向和剪切应力的机械响应的同步研究表明，过渡的特点是微妙的结构异常和剪切响应的减弱。利用$Φ$方法，从Voronoi单元的平均配位数、平均面积和位移场的空间分布的变化来识别构造异常。剪切响应的减弱与颗粒粗糙表面下伏流体接触线脱钉引起的局部塑性不稳定性有关。
2012-08-04 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Coexistence of Scale-Invariant States in Incompressible Elastomers
软弹性体的气穴和硫化是逃避线性化检测的无阈值、非线性不稳定性的两个例子。我表明，这种不稳定性的发病可以被理解为一种多个尺度不变的状态之间的相位共存，我建设性地列举了可能的尺度不变的不可压缩橡胶在两个维度上的状态。虽然真实的相（如橡胶的仿射变形）是均匀的，但替代物是不均匀的。从固体热力学的角度来看，这两类状态一般都必须同等地加以考虑。
2013-11-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The Plastic Response of Magnetoelastic Amorphous Solids
研究了磁致弹性非晶态固体在机械应变和磁场作用下的塑性响应。众所周知，非磁性非晶态固体在外应变$γ$下的塑性由余维1鞍结分叉主导，其中Hessian矩阵的本征值在$γ$处消失，如$\sqrt{γ_P-γ}$。这种平方根奇异性决定了弹塑性的统计物理，特别是在热-准静态条件下的应力-应变曲线。在这封信中，我们将讨论磁性非晶态固体中丰富得多的物理现象。首先，磁性非晶态固体在外加应变和外加磁场作用下表现出余维2塑性不稳定性。其次，相图预示着一系列丰富的新效应，这些效应几乎没有被研究过;这为磁塑性材料开辟了一个新颖而极其丰富的研究计划。
2012-05-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Geometry-controlled Failure Mechanisms of Amorphous Solids on the Nanoscale
非晶态固体，局限于纳米尺度，表现出丰富的新现象尚待探索。特别是，这种固体对机械载荷的响应还没有得到很好的理解，正如实验所证明的那样，它与由相同材料制成的散装样品有很大的不同。故障模式和机制的强烈影响的几何形状的限制和样品中的界面效应和时间尺度之间的相互作用，由外部机械场施加。在这里，我们提出了在一个有限的模型玻璃，受到膨胀与恒定的应变速率的腔形成的机制。该系统进行了研究，为不同的几何纵横比和样本量。我们的研究结果表明，对于一个给定的温度和应变条件下，当长径比达到一个临界值时，样品显示空化，低于这个长径比的样品通过形成颈部破裂。临界纵横比与取决于应变速率和温度的颈部的临界曲率相关联。如果超过这个临界曲率，系统的自由能会因空腔的形成而最小化。我们的研究揭示了一种新的机制，空腔形成的纳米尺度。这可能是在机械载荷作用下小型受限系统中材料失效的一般机制。
2019-07-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Renormalization of elastic quadrupoles in amorphous solids
非晶态固体中的塑性由局部四极不稳定性介导，但是非晶态固体最终失效或熔化的机制是有争议的。在这项工作中，我们认为，这些现象可以在有限温度下的四极缺陷的弹性连续模型问题进行研究。提出了这个问题，并分析了缺陷的集体行为。利用重整化群和场论方法，发现该模型存在一个失稳型的屈服/熔化相变。
2020-03-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Necking instabilities in elasto-viscoplastic materials
颈缩不稳定性，其中拉伸（延伸）变形局部化到一个小的空间区域中，是弹粘塑性材料中的一般失效模式。在这一非常广泛的类别中的材料-包括非晶、晶体、多晶和其他材料-具有在小应力下的主要弹性响应、在相当明确的屈服应力下的塑性开始和速率依赖性。颈缩不稳定性涉及系统的几何形状和其本构行为之间的独特耦合。我们认为一般的弹粘塑性本构关系涉及的内部状态字段，它代表了结构的演变过程中的材料塑性形变，并研究颈缩在长波长近似（有时称为润滑或细长杆近似）。我们推导出一个一般表达式的最大的依赖于时间的特征值在近似WKB的线性稳定性分析，突出各种基本的物理效应涉及颈缩。然后，这个表达式被用来提出颈缩的发生，更重要的是出现强本地化的标准。应用应变软化非晶塑性，在剪切-转换区模型的框架，和应变硬化晶体/多晶塑性，在框架的Kocks-Mecking模型，提出。这些不同材料模型的定量分析支持了理论预测，特别是颈缩过程中的强局部化。
2018-04-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft nlin.PS
Onset of Irreversibility and Chaos in Amorphous Solids Under Periodic Shear
非晶态固体物理学的一个重要方面是通常与产率相关的不可逆行为的开始。在这里，我们使用准静态分子动力学模拟研究周期性剪切下的非晶态固体，并观察在临界应变振幅从可逆到不可逆的变形过渡。我们发现，对于小的应变振幅的系统表现出一个嘈杂的，但重复的极限环，类似于返回点记忆\cite{sethna1993hysteresis}。然而，对于大的应变振幅，行为变得混乱（显示出对初始条件的对初始条件的敏感性），因此是不可逆的。我们表明，混沌行为是剪切带不稳定性，产生大应变和对流位移场，他们创建的结果。
2013-03-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Giant Amplification of Small Perturbations in Frictional Amorphous Solid
自然界中的灾难性事件往往可以由微小的扰动触发，地震的“远程触发”就是一个重要的例子。在这里，我们提出了一个机制，预计将是通用的系统，其动力学是不是从一个哈密顿量的巨放大的小扰动。我们提供了一个一般性的讨论所涉及的典型的不稳定性（振荡与噪声的指数增加），并详细检查正常的形式，确定相关的动态。对外部扰动的高灵敏度的解释与无耗散系统。数值例子提供了使用摩擦颗粒物质的动力学。最后，我们指出了目前讨论的现象的关系，高度热门的问题“例外点”的量子模型与非厄米哈密顿。
2020-01-19 cond-mat.soft nlin.PS
Novel elastic instability of amorphous solids in finite spatial dimensions
近年来，人们对非晶态固体中反常振动激发的理解取得了进展。在最低频率区域，振动光谱遵循非德拜四次定律，其持续到零频率而没有任何频率间隙。这种无隙振动态密度（vDOS）表明玻璃处于不稳定的边缘。这种边缘稳定性的特征现在被强调为玻璃理论中的一个关键概念。特别地，基于边际稳定性的弹性理论预测了无间隙vDOS。然而，这个理论产生一个二次定律和\textit{not}四次定律。为了解决这个矛盾，我们提出了一种新的不稳定性，它不同于传统的不稳定性，并提出非晶态固体是边缘稳定的，考虑到这种新的不稳定性在前面的研究中。Shimada，H. Mizuno和A. Ikeda，Soft Matter，{\bf 16}，7279，2020]。在这项研究中，我们进一步扩展和详细的结果，这些不稳定性。通过分析各种例子的障碍，我们表明，真正的玻璃在有限的空间维度可以勉强稳定的建议新的不稳定性。
2020-10-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Topological defects govern plasticity and shear band formation in two-dimensional amorphous solids
本文利用二维非晶颗粒堆积的纯剪切实验，证明位移场中的拓扑缺陷是塑性载体，可预测塑性起始与整体力学响应，并揭示其局域化和协同排列驱动宏观剪切带形成，从而建立连接拓扑、短程序与力学响应的统一框架。
2025-07-04 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Statistical Physics of Elasto-Plastic Steady States in Amorphous Solids: Finite Temperatures and Strain Rates
研究了有限温度$T$和有限应变速率$\dotγ$对由$N$颗粒组成的非晶态固体塑性形变统计物理的影响。我们认识到三种统计性质不同的温度制度。在第一种状态下，温度非常低，即$T<T_{\rm cross}(N)$，并且应变是准静态的。在这个制度的弹塑性稳定状态表现出高度相关的塑性事件，其统计特征是异常指数。在第二个政权$T_{\rm cross}(N)<T<T_{\rm max}(\dotγ)$的系统尺寸依赖的应力波动变得正常，但方差取决于应变率。交叉的物理机制是不同的增加温度和增加应变速率，因为塑性事件仍然是由机械不稳定性（视为一个特征值的海森矩阵趋于零），和温度的影响只是为了促进过渡。在第二交叉温度$T_{\rm max}(\dotγ)$以上出现第三状态，其中应力波动变得由热噪声主导。在整个论文中，我们证明了标度概念与手头的问题高度相关，最后我们提出了一个标度理论，该理论能够对所有温度和应变率值的数据进行压缩，为我们提供了高度的可预测性。
2010-06-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A Dynamical Mechanism for Irreversibility in Cyclically Driven Amorphous Solids
Ben-Gurion University of the Negev（内盖夫本-古里安大学）；Jacob Blaustein Institutes for Desert Research（雅各布·布拉斯泰因沙漠研究所）
本研究揭示循环驱动非晶固体屈服时的不可逆性源于近简并塑性不稳定性竞争导致的轨迹分支，而非混沌动力学，平均场软点模型重现了该分支统计并明确其微观起源。
2026-08-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Yielding under compression and the polyamorphic transition in silicon
通过分子模拟揭示非晶硅在静水压缩下约13–16 GPa发生不连续非平衡多形态转变，其本质为压缩屈服而非剪切屈服。
2023-02-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Self-organization, Memory and Learning: From Driven Disordered Systems to Living Matter
Institute for Biological Physics, University of Cologne（科隆大学生物物理研究所）；Institute of Theoretical Physics II, Heinrich-Heine University（杜塞尔多夫海因里希·海涅大学理论物理二系）；Institut Universitaire de France (IUF)（法国高等研究院）；PMMH, CNRS, ESPCI Paris, Université PSL, Sorbonne Université, Université Paris Cité（巴黎机械与材料物理中心，法国国家科学研究中心，巴黎国立高等物理化工学院，巴黎文理研究大学，索邦大学，巴黎西岱大学）；Jawaharlal Nehru Centre for Advanced Scientific Research（贾瓦哈拉尔·尼赫鲁高级科学研究中心）
研究通过驱动无序系统中的自组织现象，探讨了简单生物体如何感知和适应环境变化。
2025-11-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Mechanical Properties and Plasticity of a Model Glass Loaded Under Stress Control
在理解非晶态固体的塑性和破坏方面取得的许多进展都是通过实验和模拟取得的，在这些实验和模拟中，材料是通过应变控制加载的。压力控制下的结果很少。在这里，我们提出了一种新的方法，仔细调整，允许在应力控制下加载在$T=0$或在任何其他温度下，使用蒙特卡罗技术。该方法被施加到一个模型完美的结晶固体，与拓扑缺陷污染的结晶固体，和一个通用玻璃。最高的屈服应力属于晶体，最低的是具有少量缺陷的晶体，玻璃介于两者之间。虽然玻璃比具有少量缺陷的晶体更无序，但它产生的应力比后者高得多。我们解释这一事实，通过考虑实际的微观相互作用，是典型的玻璃形成材料，指出的原因，更高的凝聚力性质的玻璃。本文的主要结论是：应力控制条件下的不稳定性与应变控制条件下的鞍结分岔是一致的。因此，人们可以用后一种情况来推断前一种情况。最后，我们讨论温度的影响，并评论所需的时间，看到一个应力控制的材料故障。
2014-06-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
