Strain stiffening due to stretching of entangled particles in random packings of granular materials
本研究针对缠结链随机堆积的三轴压缩应力-应变关系，发现链平均缠结约一条时形成系统级缠结簇，通过X射线断层扫描揭示应变硬化机制，提出基于链拉伸的平均场模型并验证其普适性。
2025-02-11 cond-mat.soft
Strain-stiffening gels based on latent crosslinking
凝胶是一类越来越重要的软材料，其应用范围从再生医学到商品材料。凝胶的一个主要缺点是它们的相对机械弱点，这在应变下会进一步恶化。我们报告了一类新的响应凝胶与潜在的交联部分，表现出应变硬化行为。这种性质是由二硫化物的不稳定性引起的，二硫化物最初以受保护的状态分离，然后按需活化交联。当受到机械压缩时，活性硫醇基团被诱导形成链间交联，从而产生在应变下增强的凝胶。分子屏蔽设计元素调节聚合物网络的应变敏感性和自发交联倾向。这些应变响应凝胶代表了具有按需硬化性能的新型先进材料的合理设计，在弹性体，粘合剂，泡沫，薄膜和纤维中具有潜在的应用。
2017-07-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Strain stiffening universality in composite hydrogels and soft tissues
本研究揭示复合水凝胶与软组织的剪切和压缩应变硬化均由普适应变放大因子控制，并受Mullins效应掩盖，为组织模拟材料设计提供原则。
2024-03-15 cond-mat.soft physics.bio-ph
Capturing Strain Stiffening Using Volume Controlled Cavity Expansion
应变硬化是肝脏和脑组织等软生物材料中的一种有据可查的行为。测量和表征这种非线性响应，这通常被认为是一种预防损伤的机制，对于工程师设计更好的仿生材料和医生诊断目的具有极大的兴趣。然而，探索软材料或生物材料在其自然环境中大变形时的弹性响应是一项艰巨的任务。在这里，我们提出的体积控制腔膨胀（VCCE）技术作为一种体内测量方法，提供的能力，除了确定其剪切模量的材料的硬化响应的特征。通过采用最小的本构表示，只涉及两个常数（穆尼-里夫林，根特，和奥格登），我们表明，对于传统的PDMS样品，这种技术和伴随的数据分析方法捕获的剪切模量，以及提供可靠的措施的样品的硬化行为。
2019-06-17 cond-mat.soft physics.app-ph
Effect of adhesive interaction on strain stiffening and dissipation in granular gels undergoing yielding
无序固体中的应力诱导屈服/流化，其特征在于不可逆性和增强的耗散，对于广泛的工业和地质过程是重要的。虽然，在热系统中的这种现象已被广泛研究，他们仍然知之甚少颗粒固体。在这里，使用振荡剪切流变学和原位光学成像，我们研究能量耗散在一个致密的颗粒悬浮液中的粘合剂颗粒，形成屈服应力固体远低于各向同性干扰点中获得的硬球排斥的限制。我们发现有趣的非线性流动制度，包括周期内的应变硬化和塑性，强烈依赖于所施加的应变幅度（$γ_0$）和颗粒体积分数（$ϕ$）。我们证明，这种非线性在整个参数范围内可以有效地捕获的归一化能量耗散（$E_N$）的无量纲变量。此外，原位光学成像揭示了与局部速度的时空波动相关的不可逆粒子重排，其性质在整个屈服过渡中变化惊人。通过直接测量的临界堵塞包装分数使用颗粒沉降实验，我们提出了一个详细的相图，揭示了颗粒间的相互作用，在控制系统的流动特性的广泛的$γ_0$和$ϕ$值的作用。
2022-02-23 cond-mat.soft
Thermodynamics of microphase separation in a swollen, strain-stiffening polymer network
本文扩展Flory-Huggins理论，纳入应变硬化效应，提出无拟合参数模型以定量预测溶胀聚合物网络的EMPS相图并解释微结构形貌。
2025-06-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Micromechanical theory of strain-stiffening of biopolymer networks
纤维蛋白或胶原网络等丝状生物材料在大变形时表现出其弹性模量的巨大硬化。这种明显的非线性行为源于与弯曲和拉伸材料组成元素相关的刚度尺度之间的显著分离。在这里，我们研究一个简单的模型，这种材料-软网络的铰链刚性杆嵌入在弹性矩阵-其中的有效比弯曲拉伸刚度为零。我们引入了一个理论框架，并建立在它的基础上，构建一个数值方法，该模型的微观和宏观力学可以仔细研究。我们的模型，数值方法和理论框架，使我们能够稳健地观察和充分理解的非热应变硬化过渡的关键属性，基础的非线性力学响应的广泛的一类生物材料。
2019-05-20 cond-mat.soft physics.bio-ph
Strain Stiffening Induced by Molecular Motors in Active Crosslinked Biopolymer Networks
我们通过将分子马达建模为力偶极子，研究了具有柔顺和刚性交联的肌动蛋白网络的弹性响应。我们的有限元模拟表明，对于顺应性交联剂，如细丝蛋白A，网络可以被硬化两个数量级，而硬化实现与不顺应性的链接，如scruin是显着较小，通常是一个因素的两个，在最近的实验非常一致。我们表明，差异产生的事实，即电机能够拉伸的顺应性交联到最大可能的程度，这反过来又导致变形的长丝。随着施加的应变增加，细丝进一步变形，导致硬化的弹性响应。当交联不顺从时，由于马达引起的收缩力不会以显著的方式改变网络形态，因此仅观察到小的硬化。
2010-09-02 cond-mat.soft physics.bio-ph
Nonlinear molecular deformations give rise to stress stiffening, yielding and non-uniform stress propagation in actin networks
我们使用光镊微观流变学和荧光显微镜应用非线性微尺度应变缠结和交联肌动蛋白网络，并测量由此产生的应力和肌动蛋白丝变形。我们耦合的非线性应力响应和随后的松弛的速度分布的个别荧光标记的肌动蛋白片段在不同的时间在整个应变和不同的距离从应变路径，以确定潜在的分子动力学，引起争论的非线性响应和应力传播的交联和缠结的肌动蛋白网络在微观尺度。我们发现，初始应力硬化产生的加速应变细丝由于分子沿应变延伸，而软化和屈服耦合到细丝减速，停止和反冲。我们证明了一个令人惊讶的非单调依赖交联剂浓度的速度分布。也就是说，没有交联或大量交联的网络都表现出快速的初始长丝速度和降低的分子反冲，而中间交联剂浓度显示出降低的速度和增加的反冲。我们发现，这些集体的结果是由于网络弹性和瞬时交联剂的解绑和重新绑定的平衡。我们进一步表明，弹性和弛豫时间尺度显示交联剂浓度的指数依赖性，这表明交联主导纠缠动力学时，交联剂之间的长度变得小于纠缠之间的长度。根据最近的模拟，我们的松弛动力学表明，后应变应力可以在交联网络中长寿命的分布应力到一小部分的高度应变连接的细丝，跨越网络和维持负载，从而允许网络的其余部分反冲和放松。
2016-10-20 cond-mat.soft
Conformation-Induced Stiffening Effect of Crosslinked Polymer Thin Films
纳米聚合物薄膜广泛应用于能源、柔性电子和生物传感器等领域，其良好的机械性能对实现其全部功能至关重要。已经证明，聚合物薄膜的弹性性能通常受到其厚度的强烈影响;然而，这种现象的潜在机制，特别是在微观水平上的透彻理解，尚未实现。本文建立了一个基于粗粒分子动力学（CGMD）的计算框架，并结合实验验证，旨在揭示交联聚合物薄膜硬化行为的构象起源。通过对聚合物网络结构进行系统控制，我们发现双轴模量的变化基本上是聚合物构象改变的结果。然后，提出了一个统一的理论，定量地澄清系统的弹性性能和链端到端距离的分布变化之间的相关性，预测一个显着的硬化效应的顶部上的传统的熵弹性与大部分展开的链。采用由建模启发的处理协议，我们的实验表明，在近似相同的厚度的PDMS膜可能会表现出两个数量级的差异，其模量。实验和模拟之间的良好协议说明我们的研究结果作为一个有效的指导方针，定制的弹性性能的聚合物薄膜在纳米级。
2022-06-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Nanomechanics of Shear Rate-Dependent Stiffening in Micellar Electrically Conductive Polymers
Cornell University（康奈尔大学）；Manlius Pebble Hill School（马尼乌斯皮布尔山学校）；Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering, Cornell University（康奈尔大学西布雷机械与航空航天工程学院）
本研究通过多尺度粗粒化模拟，揭示了PAMPSA-PANI导电聚合物在低、高剪切速率下分别通过胶束聚结致密化和核心解离形成取向纤维两种机制，实现跨三个数量级剪切速率的可逆机械刚化，为设计速率自适应固态聚合物提供了分子级框架。
2025-10-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Strain softening and stiffening responses of spider silk fibers probed using Micro-Extension Rheometer
蜘蛛丝具有独特的机械性能，如大的延伸性，高拉伸强度，超收缩性等，了解这些机械响应需要表征的流变性能的丝绸超出了简单的力-延伸关系，这是广泛报道。在这里，我们研究的线性和非线性粘弹性的拖丝从社会蜘蛛Stegodyphus sarasinorum使用微拉伸流变仪，我们已经开发。与连续延伸数据不同，我们的技术允许通过对连续增加的稳态应变值施加小扰动来探测粘弹性响应。此外，我们扩展我们的分析，以获得特征应力松弛时间和频率响应的粘性和弹性模量。使用这些方法，我们发现，在一个小的应变制度（0-4%）的社会蜘蛛拖丝显示应变软化响应，然后在更高的应变（> 4%）的应变硬化响应。另一方面，应力松弛时间在整个范围内随着应变的增加而单调增加。我们还表明，丝绸变硬，而老化的典型寿命内的网络。我们的研究结果要求列入动力学域展开和折叠在现有的模型，以解释弛豫时间的行为。
2019-08-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Compression stiffening in biological tissues: on the possibility of classic elasticity origins
在最近的脑、肝和脂肪组织的流变学实验中，已经观察到压缩硬化或剪切模量随着压缩应变的增加而增加。在这里，我们扩展了已知类型的生物材料表现出这种现象，包括琼脂糖凝胶和果肉。此外，我们表明，两个不同的结果，从经典弹性理论可以解释线性压缩硬化现象。一个结果是由于巴伦和克莱因，在这里扩展到相关的几何和预应力;另一个是由于伯奇。对于不可压缩材料，两种理论都没有可调参数。哪一个适用于给定的情况是参考状态的问题，这表明参考状态是由材料在恒定轴向应变下承受扭转时产生或不产生轴向应力（超过施加的预应力）的趋势决定的。我们的实验和分析也加强了这样一种观念，即看似不同的动物和植物组织在某些条件下可能具有相似的机械行为。
2018-04-12 cond-mat.soft
Scaling theory of critical strain-stiffening in disordered elastic networks
本文基于奇异摄动理论提出无序弹性网络临界应变刚化的完整标度理论，推导非线性标度关系并揭示新的特征应变尺度，且与生物聚合物网络数值数据定量吻合。
2023-07-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
The strain-stiffening critical exponents in polymer networks and their universality
本研究通过大规模计算机模拟验证了非热应变硬化相变标度理论的临界指数预测，发现数值结果与解析预测定量一致，且该相变相对于驱动应变对称性和网络拓扑具有普适性。
2025-04-04 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Cell strain-stiffening drives cell breakout from embedded spheroids
Syracuse University（雪城大学）；University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）；Cornell University（康奈尔大学）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）
本研究通过三维顶点模型和应变硬化机制揭示了细胞从嵌入球体中突围的机械路径，结合粘附变化解释了单细胞突破和多细胞流体的侵袭模式。
2026-02-09 cond-mat.soft physics.bio-ph
Strain-stiffening critical exponents of fiber networks under uniaxial deformation
Universität Augsburg（奥格斯堡大学）；Rice University（莱斯大学）；Institut für Physik, Universität Augsburg（奥格斯堡大学物理研究所）；Department of Chemical and Biomolecular Engineering, Rice University（莱斯大学生物化学工程系）；Center for Theoretical Biological Physics, Rice University（莱斯大学理论生物物理中心）；Department of Chemistry, Rice University（莱斯大学化学系）；Department of Physics and Astronomy, Rice University（莱斯大学物理与天文系）；Bereich Theorie der Polymere, Leibniz-Institut für Polymerforschung（莱布尼茨高分子研究所聚合物理论部）
研究单轴变形下纤维网络的应变硬化临界指数，通过改进的数值模拟和理论预测分析，揭示临界应变和指数的演化规律。
2026-03-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Bistability of cellular traction on strain-stiffening substrates
Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学）；Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (ICREA)（加泰罗尼亚研究与高等学院）；Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）；TU Dresden（德累斯顿工业大学）
通过理论模型揭示细胞牵引力与细胞外基质应变硬化弹性之间的正反馈导致牵引力双稳态和滞后现象，解释了基质硬化时牵引力的不连续跃迁及其在集体细胞迁移和机械异质环境中的鲁棒性作用。
2026-06-02 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Elasticity of fibrous networks under axial prestress
我们目前的理论和实验研究的纤维网络的弹性响应进行单轴应变。使用具有自由水流入/流出的剪切流变仪将单轴压缩或拉伸施加到纤维蛋白和胶原蛋白的细胞外网络。测量了轴向应力和网络剪切模量。先前的工作[van Oosten等人，Scientific Reports，2015，6，19270]已经显示了这些网络在压缩/拉伸下的软化/硬化，以及对剪切的非线性响应，但是这种行为的起源仍然知之甚少。在这里，我们研究单轴应变如何影响纤维网络的非线性力学。使用可弯曲和可拉伸纤维的计算网络模型，我们表明，软化/硬化行为可以理解为固定的横向边界在2D和3D网络与实验细胞外网络的平均连通性相当。此外，我们表明，发病的硬化强烈依赖于所施加的单轴应变。我们的研究突出了轴向应变和边界条件在确定水凝胶的机械响应的重要性。
2016-03-10 cond-mat.soft
Yielding and Strain Stiffening in Entangled Assemblies of Frictional Granular Chains
宏观颗粒链的堆积捕获了分子聚合物系统的一些基本方面，并已被建议作为在分子尺度上理解物理学的范例。然而，在这里，我们证明了颗粒链填料，这在聚合物系统中没有对应的颗粒间摩擦$μ$，导致一个非平凡的屈服和流变响应。基于离散元模拟方法，研究了大振幅振荡剪切作用下颗粒链随机堆积的非线性流变特性。我们发现，最大应力和剪切变形进入材料体的深度是摩擦的非单调函数，极值在$μ$的中间值。我们还表明，相邻的晶粒之间的定期重复的间隙，这是特殊的商业颗粒链，扩大剪切区，并通过促进链之间的联锁事件，提高在系统中的缠结。这些拓扑约束可以显著增加应变刚化的程度。我们的研究结果突出了颗粒链包装和分子聚合物系统的物理之间的差异。
2022-10-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Electroactive differential growth and delayed instability in accelerated healing tissues
本研究构建非线性电弹性模型，探讨电场对组织差异性生长与不稳定性的影响，发现电压刺激与电弹性耦合可促进组织各向同性生长，且中低应变下的应变硬化效应能显著延迟生长不稳定性。
2025-04-29 cond-mat.soft
Effects of strain stiffening and electrostriction on tunable elastic waves in compressible dielectric elastomer laminates
本文对无限大周期可压缩介质弹性体（DE）层合板在静电激励和厚度方向预应力作用下的非线性静态响应和叠加小振幅波特性进行了机电分析。采用丰富的Gent材料模型来考虑DE层合板的应变刚化和电致伸缩效应。利用非线性电弹性理论和线性化增量理论，推导了非线性响应的控制方程，以及增量剪切波和增量纵波的频散关系。数值结果表明，几何非线性和材料非线性引起的Gent DE层合板的突跳失稳可以用来实现波带隙位置和宽度的急剧转变.此外，还详细讨论了材料性质（包括Gent常数、第二应变不变量和电致伸缩参数）和预应力对剪切波和纵波带隙的突变不稳定性和静电可调性的影响。电致伸缩效应和预应力有利于周期性DE层合板的稳定。根据是否发生突变不稳定性，可以通过改变电刺激来实现波带隙的连续变化或急剧转变。本文的研究结果对设计和制造具有可调谐能带结构的软DE波器件具有指导意义。
2021-07-23 cond-mat.soft physics.app-ph
Stiffening of under-constrained spring networks under isotropic strain
无序弹簧网络是研究非晶材料宏观力学性能的一个有用范例。在这里，我们研究了欠约束弹簧网络的弹性行为，即网络的自由度比弹簧大。虽然这样的网络通常是松软的，但它们可以通过施加外部应变来硬化。最近，一个分析形式主义已经发展到预测的机械网络性能接近这个刚性过渡。在这里，我们数值表明，这些预测适用于许多不同类别的弹簧网络，包括幻影三角形，Delaunay，Voronoi和蜂窝网络。分析预测进一步表明，剪切模量$G$的比例线性与各向同性应力$T$接近刚性过渡，但是，这似乎是在最近的数值研究表明，$G$和$T$，这是小于一个为某些网络类之间的指数不一致。使用增加的数值精度和剪切稳定，我们在这里证明，接近过渡的线性缩放，$G\sim T$，保持独立的网络类。最后，我们表明，我们的结果不受或仅受有限大小效应的影响很弱，这取决于网络类。
2022-04-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Effective medium approach for stiff polymer networks with flexible cross-links
最近的实验表明，在一个灵活的交联剂，如丰富的细胞骨架蛋白细丝蛋白的存在下，在体外网络的生物聚合物肌动蛋白的非线性弹性显着改变。对这种网络的基本原则仍然知之甚少。在这里，我们描述了一个灵活的交联刚性聚合物网络的有效介质理论。我们认为，可以完全归因于熵硬化的交叉链接的响应，而软化由于域展开可以忽略不计。该网络被建模为一个集合的随机定向杆连接的灵活的交叉链接到一个弹性连续。该有效介质被处理在线性弹性限度以及在一个更一般的框架，其中介质自洽地表示非线性网络行为。该模型预测，非线性弹性响应在与交联剂长度成正比且与长丝长度成反比的应变下开始。此外，我们发现，微分模量的比例线性与应力的硬化制度。这些结果与本体流变学数据非常一致。
2008-11-24 cond-mat.soft
Multi-scale strain-stiffening of semiflexible bundle networks
成束的聚合物细丝负责许多生物材料，包括细胞和细胞外基质的丰富和独特的力学行为。在纤维蛋白生物聚合物中，其非线性弹性特性对于正常血液凝固至关重要，原纤维自组装并成束以形成半柔性纤维网络。在这里，我们表明纤维蛋白网络的非凡应变硬化反应直接反映了纤维蛋白纤维的分层结构。我们测量的未捆绑的原纤维网络的流变学，并找到良好的协议与仿射模型的可扩展蠕虫状聚合物。通过与这些数据的直接比较，我们表明，由粗纤维组成的生理纤维蛋白网络可以建模为紧密的原纤维束网络。我们证明，在纤维中的原纤维之间的耦合的紧密性可以通过凝血因子XIII的酶促分子间交联的程度来调节。此外，在高应力下，原纤维独立地贡献于网络弹性，这可能反映了紧密束结构的解耦。因此，纤维蛋白纤维的分层结构可以解释血凝块的非线性和巨大的弹性恢复特性。
2015-09-14 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Strain induced strengthening of soft thermoplastic polyurethanes under cyclic deformation
我们研究了三种不同的商业热塑性聚氨酯弹性体（TPU）在单轴拉伸下的循环力学行为，这些弹性体通常被认为是普通填充弹性体的可持续替代品。所有TPU具有相似的硬段含量和线性模量，但如X射线分析所示，大应变性能明显不同。尽管存在这些差异，但我们发现在逐步循环加载中调节后的硬化效应与化学交联填充橡胶中观察到的常见软化（也称为Mullins效应）有很大不同。我们提出，这种自增强与TPU中天然存在的硬域的碎片化有关，这些硬域在较小但数量更多的子单元中可能充当新的物理交联点。所提出的硬化机制与拉伸天然橡胶中观察到的应变诱导结晶没有什么不同，但它具有持久性。特别是，它可能会导致局部增强，其中存在不均匀的应变场，就像循环疲劳中裂纹扩展的情况一样，为TPU的众所周知的韧性和耐磨性提供了潜在的解释
2021-04-06 cond-mat.soft
Strain-stiffening elastomers fail from the edge
针对弹性体抗断裂性能测试结果的厚度依赖性问题，本研究发现断裂含内部与两条边缘裂纹、失效源于边缘裂纹中面交汇，提出可由非线性弹性响应推导的材料参数θ，给出厚度无关测试的样品尺寸要求，为软弹性体断裂研究提供指导。
2023-06-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Nonlinear vibration and stability of a dielectric elastomer balloon based on a strain-stiffening model
本研究采用基于分子结构的双参数广义新胡克应变能模型，分析了介电弹性体球囊在直流及交直流叠加电压下的非线性振动与稳定性，发现早期应变硬化材料的球囊更稳定、不易产生混沌振动。
2024-07-11 cond-mat.soft nlin.CD
Emergent Strain-Stiffening in Interlocked Granular Chains
颗粒链填料表现出惊人的紧急应变硬化行为，尽管个别松散的本构链。使用这样的组件上的压痕实验，我们测量的集体阻力$F$的压痕深度$z$的指数增加，并与每链的珠的数量$\mathcal{N}$的平方根。这两个观察结果分别让人想起绞盘或交错书籍中摩擦力的自放大，以及聚合物物理学。基于这两种成分的新模型很好地捕获了实验数据。具体地说，阻力被发现根据通用关系：$\log F \sim μ\sqrt{\mathcal{N}} Φ^{11/8}z/ b $，其中$μ$是两个基本珠之间的摩擦系数，$b$是它们的大小，和$Φ$是链珠的体积分数时，在周围介质中的未连接的珠半稀释。我们的研究表明，通常局限于分子水平的高分子物理领域的理论可以用来解释宏观水平的现象。这类系统可以研究复杂组件中的摩擦，对新材料的设计，纺织工业和生物学具有实际意义。
2017-12-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Voltage-controlled non-axisymmetric vibrations of soft electro-active tubes with strain-stiffening effect
本研究针对软电活性（SEA）管，结合非线性电弹性理论与状态空间法，分析了电压与轴向预拉伸调控下的非轴对称振动特性，验证了方法有效性，为电压控谐振器件的设计提供了参考。
2024-06-19 cond-mat.soft nlin.PS
Visualizing the strain field in semiflexible polymer networks: strain fluctuations and nonlinear rheology of F-actin gels
我们的图像半柔性聚合物网络剪切下在微米尺度。通过跟踪嵌入的探针颗粒，我们确定局部应变场，并直接测量其均匀性，或亲和度，在2-100微米的尺度。非仿射应变的程度取决于聚合物的长度和交联密度，与理论预测一致。我们还发现了微尺度应变的均匀性和网络的非线性弹性之间的直接对应关系。
2007-02-14 cond-mat.soft
Geometry underlies the mechanical stiffening and softening of an indented floating film
无定形各向同性固体的胡克力学的一个基本范例是，小变形与外力的大小成比例。然而，细长体即使在微小的力作用下也可能发生大的变形，从而导致源于纯粹几何效应的非线性响应。在这里，我们研究的压痕的聚合物薄膜上的液体浴。我们的实验和模拟支持最近预测的硬化响应[Vella & Davidovitch，Phys. Rev. E 98，013003（2018）]，并且我们表明该系统在大斜率处软化，与我们解决小挠度和大挠度的理论一致。我们展示了如何硬化和软化来自非平凡的，但通用的功能的应力和位移场。
2020-04-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Stiffening and Inelastic Fluidization in Vimentin Intermediate Filament Networks
中间丝是细胞骨架蛋白，是细胞力学的关键调节因子，其作用本质上与其分级结构及其适应大轴向应变的独特能力有关。然而，单丝对所施加的应变的响应如何转化为网络仍不清楚，特别是关于细丝的无序“尾”域所起的交联作用。在这里，我们测试这些非共价交联的作用，在非线性流变学的重建网络的中间丝蛋白波形蛋白，探测其应力和速率依赖的力学。与以前的研究类似，我们观察到弹性应力硬化，但与以前的工作不同的是，我们确定了一个特征屈服应力$σ^*$，在此之上的网络表现出率依赖性软化的网络，称为$\textit{inelastic fluidization}$。通过调查网络形成的尾部截断波形蛋白，其中非共价交联被抑制，和戊二醛处理的波形蛋白，其中交联是永久的，我们表明，速率依赖性非弹性流化是波形蛋白的瞬时交联的直接后果。令人惊讶的是，虽然尾-尾交联是单独弱的，但在$σ^*$下，网络的应力松弛的有效时间尺度超过1000 s。因此，波形蛋白网络可以在大范围的菌株（高达~1000\%）和加载速率（10 $^{-3}$至10 $^{3}s^{-1}$）下保持其完整性。我们的研究结果提供了深入了解波形蛋白网络的层次结构如何有助于细胞的能力是可变形的，但强大。
2019-03-25 cond-mat.soft physics.bio-ph
Strain energy function for isotropic non-linear elastic incompressible solids with linear finite strain response in shear and torsion
我们发现各向同性不可压缩固体的应变能函数表现出线性关系的剪切应力和剪切量之间，扭矩和扭曲量之间，当受到大的简单剪切或扭转变形。它包含了著名的新胡克模型和穆尼-里夫林模型，但也可以容纳其他项，作为主应变不变量的某些任意函数。有效地，额外的条款可以用来解释实验观察到的几个非线性效应，但没有捕捉到的新胡克和穆尼-里夫林模型，如应变硬化效应，由于限制链的延伸性。
2020-09-09 cond-mat.soft
Strain-dependent localization, microscopic deformations, and macroscopic normal tensions in model polymer networks
我们使用分子动力学模拟来研究模型聚合物网络对单轴拉伸的微观和宏观响应。通过研究链长从$N_s=20$到200的网络，我们涵盖了从交联到纠缠主导行为的全部交叉。我们的研究结果支持了最近版本的管模型，该模型解释了由于化学交联和缠结而导致的链局部化的不同应变依赖性。
2004-10-12 cond-mat.soft
Deep Indentation of Soft Solids: A Limit State
University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）；Nanyang Technological University（南洋理工大学）；University of Cambridge（剑桥大学）
研究发现深度压痕（D>>R）下，平头和球头压头产生相同的抛物线力-深度定律F=βED^2，系数β与压头半径和尖端形状无关，源于应变能离域化，为超弹性参数提取提供机制基础。
2026-09-22 cond-mat.soft
Mechanics and Modeling of Cold Rolling of Polymeric Films at Large Strains -- A Rate-Independent Approach
我们分析了平面应变冷轧过程中，在大应变，但应变速率慢，有限元建模。在低温下，缓慢的应变速率，和适度的厚度减少轧制过程中（包辛格效应可以忽略这里研究的特定类别的聚合物薄膜），材料建模的任务大大简化，并使我们能够部署一个计算效率高，但准确，有限的变形率独立的弹塑性材料行为（包括各向同性硬化）。基于（i）次弹性和（ii）倍增塑性的有限变形弹塑性材料行为在Abaqus Explicit中编程并执行冷轧。根据两种公式的预测，即，亚弹性和乘法分解，表现出与实验观察到的滚动载荷密切匹配。我们发现，没有专门的hyperplastic/粘塑性材料模型是必需的，以描述特定的混合物的聚合物膜的行为，在这里描述的条件下，从而显着加快稳态滚动模拟的计算。此外，使用经典的刚塑性建模（这是经常适用于金属）被发现大大低估了聚合物的滚动载荷，由于在大应变的聚合物膜的大弹性拉伸。
2022-06-29 cond-mat.soft
Local Strain-Dependent Anisotropy in Fibrous Networks
Tel Aviv University（特拉维夫大学）
本研究结合光镊实验与三维有限元模型，揭示拉伸纤维凝胶中局部刚度各向异性受纤维厚度和网络连通性调控，并指出局部微观力学响应异于整体硬化行为。
2026-09-15 cond-mat.soft physics.bio-ph
Nonlinearity tunes crack dynamics in soft materials
本研究利用断裂相场模型构建三种非线性软材料的裂纹稳定性相图，揭示了非线性对裂纹动力学模式的调控机制，解释了裂纹振荡的普遍不稳定性及亚瑞利到超剪切状态的转变原因。
2023-08-24 cond-mat.soft
Relaxation time of a polymer glass stretched at very large strains
拉伸到应力硬化制度的样品的聚合物松弛动力学，在室温下，作为应变$λ$的函数，对于宽范围的应变速率$\dotγ$，通过原始的介电谱设置进行测量。机械应力改变介电谱的形状，主要是因为它影响主要的聚合物弛豫时间$τ$，其取决于$λ$并且是$\dotγ$的递减函数。最快的动力学不是在屈服时达到的，而是在软化区达到的。在硬化过程中，动力学减慢，$τ$逐渐增加。不能排除$\dotγ$和$λ$对介电强度的微小影响。
2020-02-11 cond-mat.soft
Viscoplasticity and large-scale chain relaxation in glassy-polymeric strain hardening
本文提出了一个解释大尺度链松弛的玻璃态高分子力学响应的简单理论。它捕获了从完美塑性响应到强应变硬化的交叉，因为聚合度$N$增加，而不引起缠结。通过将硬化与单体和链段尺度上的相互作用联系起来，我们正确地预测了它的大小。在应变速率$\dotε$下的主动变形期间，由于需要保持恒定的链轮廓长度而引起的应变激活松弛将特征松弛时间的$N$依赖性降低了因子$\sim \dotεN$。这一预测与最近的实验和模拟结果是一致的，我们建议如何进一步测试实验。
2010-08-06 cond-mat.soft
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
Large-strain poroelastic plate theory for polymer gels with applications to swelling-induced morphing of composite plates
我们推导出一个大应变板模型，允许描述瞬态，耦合过程涉及弹性和溶剂迁移，通过执行三维多孔弹性理论的降维。我们将该模型应用于聚合物凝胶板，其中一个特定的运动学约束和本构关系举行。最后，我们通过两个数值基准，通过有限元方法求解，评估了板模型相对于父三维模型的精度。我们的研究结果表明，该理论提供了一个有效的计算框架的研究溶胀诱导复合凝胶板的变形。
2016-07-08 cond-mat.soft
A Simple Model for the Deformation-Induced Relaxation of Glassy Polymers
玻璃态聚合物表现出应变硬化：在恒定的拉伸载荷下，它们的流动首先加速，然后停止。最近的实验发现，这是伴随着一个惊人的和无法解释的下降段的弛豫时间。在这里，我们解释这样的行为相结合的极小模型的流动引起的液化的玻璃，与应变聚合物所携带的应力的描述，创建一个不可分解的相互作用之间的老化和应变引起的复兴。在恒定载荷下，分段运动的液化允许产生聚合物承载应力的强烈流动。这减慢了变形，足以使节段模式再玻璃化，从而导致应变硬化。
2011-10-18 cond-mat.soft
Clustering of entanglement points in highly strained polymer melts
采用分子动力学模拟方法，对聚合物熔体中珠簧链的大变形进行了研究。应用原始路径分析的强变形的聚合物熔体，拓扑约束的作用在高度缠结的聚合物熔体进行了研究和量化。我们发现，拉伸链的原始路径（PP）的整体，大规模的构象遵循仿射变形，而沿着PP的纠缠点的数量和分布不。变形后，链的PP在平行和垂直于伸长的两个方向上收缩。在进一步的放松，我们观察到一个长寿命的纠缠点集群。与延迟的弛豫时间一起，这导致熔体中拓扑约束的亚稳不均匀分布。
2019-05-31 cond-mat.soft
Probing microscopic dynamics in a uni-axially strained polymer network
本文研制结合宏观力学测量与光子相关成像的装置，在多方向、多尺度上探测单轴应变PDMS网络，揭示非仿射到仿射动力学的交叉尺度及其随应变减小而增大的规律。
2025-08-29 cond-mat.soft
Stress localization, stiffening and yielding in a model colloidal gel
我们使用数值模拟和无热准静态剪切协议，研究模型胶体凝胶的产量。在增加变形的情况下，在发生屈服之前，弹性状态之后是显著的硬化。变形和应力的空间分辨分析揭示了所观察到的复杂载荷曲线是应力局部化的结果，以及屈服可以通过破坏网络连接的一小部分而发生。硬化对应于网络链的拉伸，沿着最大延伸方向伸直并对齐。其特征在于拉伸应力的强烈局部化，这在约30%的应变下触发了一些网络节点的断裂。增加变形有利于进一步断裂，但也剪切诱导的结合，最终导致屈服时凝胶结构的大规模重组。在足够低的剪切速率下，密度和速度分布显示出显着的空间不均匀性，与实验观察一致。
2014-06-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Glassy polymers' strain-hardening moduli scale with their statistical-segment volumes
University of South Florida（南佛罗里达大学）
该研究提出了一种新的标度理论，解释了玻璃聚合物的应变硬化模量与统计段体积的关系，并通过分子动力学模拟验证了理论的准确性。
2025-11-20 cond-mat.soft
Uniaxial Recovery Perspective of Glassy Polymer Nanoindentation
本文将玻璃态聚合物纳米压痕恢复与单轴压缩行为关联，提出屈服归一化恢复曲线和广义幂律模型，揭示等效应变、相关系数及压头下应变分布的早期共性。
2024-07-05 cond-mat.soft
Hierarchical organization governs nonlinear mechanical reversibility in $ι$-carrageenan gels
Univ Lyon, Ens de Lyon, CNRS, Laboratoire de Physique（里昂大学、里昂高等师范学校、法国国家科学研究中心、物理实验室）
本研究结合流变学与法向力测量，揭示ι-角叉菜胶凝胶的非线性力学由分子连通性及可逆分层结构的形成与破坏调控，发现其存在部分力学可逆性。
2026-08-31 cond-mat.soft
Optomechanical Properties of Stretched Polymer Dispersed Liquid Crystal Films for Scattering Polarizer Applications
通过使聚合物分散液晶（PDLC）膜经受拉伸应变来产生散射偏振器。通过同时测量薄膜的应力应变和偏振相关的光透射特性，研究了薄膜的光机械特性。两个正交偏振的透射率和应力-应变曲线之间的相关性揭示了聚合物取向以及液滴形状各向异性影响液滴内的液晶取向。采用基于Lebwohl-Lasher模型的蒙特卡罗模拟解释了聚合物取向对液晶取向的影响。
2002-08-29 cond-mat.soft
Optical tweezers microrheology maps the dynamics of strain-induced local inhomogeneities in entangled polymers
光镊微流变学（OTM）提供了一种强有力的方法来探测复杂的软物质系统，如网络的纠缠聚合物，在广泛的时空尺度的非线性响应。OTM还可以独特地表征导致这些系统表现出的有趣的非线性流变特性的微观结构动力学。然而，OTM测量中的应变，通过光学迫使微探针通过材料，诱导网络的不均匀性和周围的应变路径，和所得的流场复杂的系统的测量响应。通过一组强大的定制设计的OTM协议，再加上建模和分析计算，我们表征的时变不均匀性引起的OTM测量领域。我们表明，应变后均匀化不干扰系统的内在应力松弛动力学，而是它表现为一个独立的组成部分，在应力衰减，即使在高度非线性制度，如微流变LAOS（mLAOS）协议，我们介绍。我们的具体结果表明，类罗斯弹性回缩，而不是解缠结和脱离，主导缠结聚合物在微观和介观尺度的非线性应力松弛。因此，我们的研究开辟了在广泛的复杂大分子系统上进行精确的非线性微流变测量的可能性，例如mLAOS。
2019-06-01 cond-mat.soft
Structural features and nonlinear rheology of self-assembled networks of cross-linked semiflexible polymers
本文模拟交联半柔性丝条自组装形成的三维网络，揭示交联剂可获得性如何影响网络连通性及其线性弹性与非线性应变硬化行为。
2023-09-26 cond-mat.soft physics.bio-ph
A framework for analyzing hyper-viscoelastic polymers
超粘弹性聚合物具有多个应用领域，包括航空航天、生物医学和汽车。因此，理解它们的机械响应是极其重要的，特别是因为它们表现出强烈的速率和温度依赖性，包括低温脆性转变。在不同的应变速率和温度的响应之间的关系进行了研究，并开发了一个框架来预测大应变响应率c。1000 s $^{-1}$及以上，实验不可行。使用聚合物的DMA测试构建了在参考温度下储能模量的速率依赖性的主曲线。使用跨越二十个十年的频率扫描和从预玻璃化转变到预熔融的温度范围。一个分数导数模型拟合的实验数据，这个模型的参数被用来获得在所需的应变率的应力-应变关系。
2017-09-04 cond-mat.soft
