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
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
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
Compression stiffening of fibrous networks with stiff inclusions
组织通常由嵌入纤维状生物聚合物网络内的细胞组成。尽管无细胞的重构生物聚合物网络通常在施加的单轴压缩下软化，但是已经观察到包括肝脏、脑和脂肪的各种组织在压缩时反而软化。这种压缩硬化效应的机制尚不清楚。在这里，我们证明了，当一种材料组成的刚性夹杂物嵌入在纤维网络被压缩，异质重排的夹杂物可以引起紧张的间隙网络内，导致宏观交叉从最初的弯曲为主的软化制度的拉伸为主的硬化制度，发生之前和独立的夹杂物堵塞。使用粗粒度的粒子网络模型，我们首先建立了一个相图压缩驱动，拉伸为主的应力传播和单轴压缩的2-和3-维系统的堵塞。然后，我们证明了一个更详细的计算模型的subisostatic半柔性纤维网络中的刚性夹杂物表现出定量协议与我们的粗粒度模型的预测，以及定性协议与实验。
2020-07-05 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
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
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
Elasticity of granular packings close to Jamming. Elasticité des empilements granulaires proche de la transition de blocage
我们实验研究的机械响应剪切的2D包装的谷物整个堵塞过渡。首先，我们开发了一个专用的实验装置，连同跟踪和光弹性技术，以准备在一个受控的方式包装和量化的应力和应变张量在晶粒尺度。其次，我们安装一个充气探头（一个2D“气球”），它剪切圆柱对称的包装。我们探测实验应力和应变的应变振幅低至$10^{-3}$和一系列的包装分数内$2\%$变化周围的干扰过渡。我们不仅观察到剪应变引起剪应力，而且还观察到正应力。此外，我们表明，剪切应力和正应力的行为与剪切应变的非线性。最后，我们通过标度分析表明，本构律控制的干扰过渡。
2015-08-11 cond-mat.soft
Shear yielding and shear jamming of dense hard sphere glasses
我们调查的致密硬球玻璃的剪切应变的响应，在很宽的范围内的压力范围从玻璃化转变到无限压力堵塞点。在密度剪切应变平面的相图解析计算使用平均场无限维的解决方案。我们发现，就在上述的玻璃化转变，玻璃一般产量在有限的剪切应变。在平均场图中，屈服转变是存在无序时的旋节点。相反，在较高的密度，我们发现，玻璃一般堵塞在有限的剪切应变：堵塞过渡防止屈服。剪切屈服线和剪切堵塞线在临界点处汇合，在该临界点附近，系统在非常大的剪切应力下屈服。在这一点上，一个高度非平凡的屈服动力学的特点是系统跨越无序骨折的预期。
2017-01-30 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
Correlations of strain and plasticity in flowing foam
通过流动泡沫的模拟，我们将复杂流体流动的高密度和中等密度区域连接成一致的变形微观图像。而在堵塞过渡处和以上，弹性相关性导致流场的强空间组织，在堵塞以下，缓慢减小的弹性相关长度导致缓慢停止的空间组织，然而，这仍然存在于远低于堵塞的密度。我们表明，长程相关流场来自剪切带的四极应变场的叠加，具有高度相关的位置，强度和方向。这些相互作用在干扰以下仍然是相关的，在干扰下，它们随着弹性相关长度的缓慢减小而系统地减弱。这些结果表明，即使在堵塞过渡以下的复杂流体的流动中的弹性相关性的普遍性和重要性，并激励他们的流动在宽范围的密度从固体到流体的规模桥接描述。
2015-07-17 cond-mat.soft
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
Shear jamming, discontinuous shear thickening, and fragile states in dry granular materials under oscillatory shear
数值研究了二维摩擦颗粒材料在振荡剪切作用下的线性响应。在零应变速率极限下的储能模量$G'$和损耗模量$G''$取决于测量前振荡剪切的初始应变幅度。剪切堵塞状态（满足$G'>0$）可以在大于临界初始应变幅度的幅度下观察到。根据初始剪切力的形式，脆性状态由液态和固态的出现来定义。在该状态下，应变振幅减小后的观测到的$G'$取决于外部剪切应变的相位。损耗模量$G''$表现出对应于脆性状态下的不连续剪切增稠的不连续跳跃。
2020-02-27 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
Size-dependent rheology of type-I collagen networks
我们研究了分支I型胶原凝胶的系统尺寸依赖性流变学响应。当受到剪切应变时，高度互连的网格动态地重新定向，导致网络的整体硬化。当一个连续的剪切应变施加到胶原蛋白网络，我们观察到，局部表观模量，在应变硬化制度，是强烈依赖于凝胶厚度。此外，我们证明，整体网络故障是由凝胶厚度的网格尺寸的比率。这些发现对细胞-基质相互作用、流变学组织数据的解释和仿生支架的工程具有广泛的意义。
2010-08-13 cond-mat.soft
Contact Changes near Jamming
我们探讨了准静态剪切下软谐波粒子填充中接触变化的发生和影响。我们发现，第一接触的变化是建立或打破接触的一个单一的粒子。我们的特征的临界应变，统计的断裂与接触，和比的剪切模量之前和之后，这样的事件，并解释其有限尺寸标度关系。对于有限压力下的大型系统，临界应变消失，但接触变化前后的剪切模量之比接近1：线性响应在大型系统中仍然相关。对于接近干扰的有限系统，临界应变也消失了，但在这里，线性响应在单次接触变化后已经失效。
2014-08-18 cond-mat.soft
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
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
Scaling theory for the jamming transition
我们提出了一个标度分析系统的弹性能量附近的临界堵塞过渡的三个相关领域：压缩应变$Δϕ$相对于临界堵塞状态，剪切应变$ε$，和逆系统尺寸$1/N$。我们还使用$ΔZ$作为基础控制参数，$ΔZ$是相对于干扰时所需最小值的触点数量。我们的标度理论预测新的指数，指数等式和标度崩溃的能量，压力和剪切应力，我们验证与数值模拟的软球堵塞包装。它也产生了新的见解，为什么剪切模量和体积模量表现出不同的缩放;差异的出现，因为剪切应力消失为$1/\sqrt{N}$，而压力接近一个常数的热力学极限。标度分析的成功意味着干扰跃迁具有涌现标度不变性，并且应该有可能发展一种用于干扰的重整化群理论。
2015-10-12 cond-mat.soft
Shear modulus and Dilatancy Softening in Granular Packings above Jamming
我们通过实验研究了单层双分散摩擦颗粒对非均匀剪切扰动的力学响应。我们膨胀的包装内的入侵者，并使用光弹性和跟踪技术来测量在晶粒尺度上的诱导剪切应变和应力。我们量化实验的应变幅低至0.001和一系列的包装分数在2%的变化范围内的堵塞过渡的本构关系。在转变过程中，强非线性效应开始出现：剪切模量和非线性剪切模量在小应变下发生软化，直到达到临界应变，此时恢复有效线性。通过标度分析，提取了临界应变和相关临界应力对堵塞距离的依赖关系。我们检查的本构关系，当应用到力学平衡方程，导致观察到的应力和应变分布。这些剖面在靠近充气管的有效线性区和远离充气管的真正非线性区之间表现出空间交叉，交叉长度在干扰过渡处发散。
2014-11-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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$是链珠的体积分数时，在周围介质中的未连接的珠半稀释。我们的研究表明，通常局限于分子水平的高分子物理领域的理论可以用来解释宏观水平的现象。这类系统可以研究复杂组件中的摩擦，对新材料的设计，纺织工业和生物学具有实际意义。
2017-12-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Voltage-controlled non-axisymmetric vibrations of soft electro-active tubes with strain-stiffening effect
本研究针对软电活性（SEA）管，结合非线性电弹性理论与状态空间法，分析了电压与轴向预拉伸调控下的非轴对称振动特性，验证了方法有效性，为电压控谐振器件的设计提供了参考。
2024-06-19 cond-mat.soft nlin.PS
Stiffening and Inelastic Fluidization in Vimentin Intermediate Filament Networks
中间丝是细胞骨架蛋白，是细胞力学的关键调节因子，其作用本质上与其分级结构及其适应大轴向应变的独特能力有关。然而，单丝对所施加的应变的响应如何转化为网络仍不清楚，特别是关于细丝的无序“尾”域所起的交联作用。在这里，我们测试这些非共价交联的作用，在非线性流变学的重建网络的中间丝蛋白波形蛋白，探测其应力和速率依赖的力学。与以前的研究类似，我们观察到弹性应力硬化，但与以前的工作不同的是，我们确定了一个特征屈服应力$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
Microfluidic rheology of soft colloids above and below jamming
使用定制的微流体流变仪研究了软胶体球悬浮液在堵塞附近的流变学，该流变仪提供了几十年来的应力与应变率。我们发现在堵塞浓度以下的非牛顿行为和屈服应力行为在它上面。数据可以折叠到两个分支的临界标度指数，同意基于赫兹接触和粘性阻力的预期。这些结果支持的结论是，干扰是类似的临界相变，但与相互作用相关的指数。
2010-09-22 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
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
Soft grain compression: beyond the jamming point
我们提出了高应变软双分散颗粒系统的超弹性和塑性颗粒的实验研究。我们从颗粒尺度到全球尺度，从局部场测量探索颗粒物质在堵塞状态下的行为。通过数字图像相关和精确的图像记录，我们测量每个压缩步骤的粒子几何形状和它们的右柯西-格林应变张量场的演变。我们分析了通常的宏观观测量的演变（应力，包装分数，协调，非rattlers的分数，\textit{etc}。）沿着压缩过程穿过干扰点并远远超出。我们还分析了局部应变统计的演变，并证明了在堵塞状态下材料行为的交叉。我们表明，这种交叉依赖于颗粒材料。我们认为，应变场是一个可靠的观察到描述的颗粒系统的演化，通过堵塞过渡和深的致密包装状态，无论是材料的行为。
2019-10-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Loops versus lines and the compression stiffening of cells
动物和植物组织都表现出非线性流变现象，称为压缩硬化，或随着单轴压缩应变的增加而增加模量。这种现象是否存在于构成组织的单细胞中？人们期望单个细胞压缩软化，因为基于半柔性生物聚合物的细胞骨架网络保持细胞的机械完整性，并且体外半柔性生物聚合物网络通常压缩软化。相反，我们发现，小鼠胚胎成纤维细胞（mEFs）的压缩单轴压缩下，通过原子力显微镜（AFM）的研究。为了理解这一发现，我们揭示了几个潜在的机制压缩硬化。首先，我们研究了一个单一的半柔性聚合物环路建模的肌动球蛋白皮层封闭的粘性介质建模为不可压缩流体。其次，我们研究了一个二维的半柔性聚合物/纤维网络穿插面积守恒的循环，这是一个代理囊泡和基于流体的细胞器。第三，我们研究了二维纤维网络的角度约束的交联，即半柔性回路的网格规模。在后两种情况下，环充当纤维网络上的几何约束，以通过增加的角度相互作用来帮助纤维网络。我们发现，单半柔性聚合物环模型与我们的AFM实验，直到约35%的压缩应变。我们还发现，对于具有面积守恒环模型的纤维网络，应力-应变曲线对面积守恒环的填充分数和尺寸分布敏感，从而在不同的细胞类型中产生机械指纹。最后，我们将此模型与纤维蛋白网络与珠子交织的实验进行了比较，并讨论了细胞压缩硬化的组织尺度影响。
2020-07-29 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Force networks and the dynamic approach to jamming in sheared granular media
发散的相关长度上的任何一方的堵塞过渡制定的流变模型的颗粒剪切流，应力通过力链网络的传播的基础上。该模型预测了三种不同的流态，其特征在于剪切速率依赖的应力张量，已在模拟和实验中观察到。分离的流动状态的边界是定量确定的和可测试的。在堵塞的颗粒固体的限制，该模型预测所观察到的异常缩放的剪切模量和屈服时的剪切应变的新关系。
2006-12-28 cond-mat.soft
Rheology near jamming - the influence of lubrication forces
我们研究，通过计算机模拟，不同的耗散力的作用上的高密度颗粒负载流的流变特性。特别是，我们感兴趣的密堆积限制（干扰）和问题，如果“普遍”的可观的可以确定，不依赖于耗散模型的细节。为此，我们定义了一个简化的润滑力和系统地改变范围$h_c$的这种相互作用。对于固定的$h_c$，可以看到从小应变率下的牛顿流态到较大应变率下的惯性主导流态的交叉。根据润滑范围$h_c$观察到相同的交叉。同时，但只有在接近堵塞的高密度下，颗粒速度以及局部密度分布才不受润滑范围变化的影响-它们是“普遍”行为的候选者。在远离堵塞的密度下，这种普遍性丧失了：短程润滑力导致明显的颗粒聚集，而长程润滑则不会。这些发现突出了粒子运动的“几何”包装约束的重要性-独立于特定的耗散模型。随着自由体积在随机紧密堆积处消失，粒子运动越来越受到越来越小的自由空间的限制。另一方面，宏观流变学观测值，以及高阶关联函数保留的基础耗散模型的可变性。
2014-05-26 cond-mat.soft
Model for the Scaling of Stresses and Fluctuations in Flows near Jamming
我们探测流动的软，粘性球附近的干扰点，作为一个临界点静态软球。从能量的考虑，我们发现非平凡的速度波动与应变率的标度。结合这种缩放与干扰的见解，我们得出了一个分析模型，预测四个不同的流量制度，每个特征由有理值标度指数。政权的数量和指数的值都偏离了先前的结果。我们验证模型的预测与模拟。
2010-06-10 cond-mat.soft
Beyond linear elasticity: Jammed solids at finite shear strain and rate
软固体的剪切响应可以用线弹性来模拟，只要力是缓慢和微弱的。当材料失去刚性时，这两种近似都必须打破，例如在泡沫和乳液中的（非）堵塞点-这表明在堵塞附近的线性弹性响应的窗口非常窄。然而，这种崩溃究竟何时以及如何发生仍不清楚。为了回答这些问题，我们进行了计算机模拟的应力松弛和剪切启动实验在无热软球填料，规范模型干扰。通过系统地改变应变幅度，应变率，距离堵塞，和系统的大小，我们确定的特征应变和时间尺度，量化如何以及何时关闭的线性弹性窗口，并将这些尺度的微观接触网络的变化。我们的研究结果表明，堵塞的固体的机械响应一般是非线性和速率依赖于实验可访问的应变和时间尺度。
2016-01-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Getting jammed in all directions: Dynamic shear jamming around a cylinder towed through a dense suspension
本文介绍了在玉米淀粉和蔗糖-水的浓悬浮液中拖曳圆柱体的实验结果。重点放在干扰的前线，存在于这样的系统。文献集中在推，拉或剪切条件下的堵塞区域的传播独立。不同的锋面如何相互作用，以及锋面在同时产生时是否对称，这些都是未被探索的。调查这是我们的主要目标。通过当前的设置，我们能够看到圆柱体周围的连续准二维场。因此，提出了一种新的方法来产生干扰前沿，从而可以同时检查推，拉和剪切。与以前的研究一致，前传播大约两倍的速度在纵向方向相比，横向方向，这是由于一个单一的潜在的发病应变，无论从气缸的方向。虽然干扰锋表现出近乎完美的横向对称性，但存在明显的纵向不对称性。这在速度场和应变场中是明显的，并且在前传播速度和起始应变中也是可检测的。
2021-06-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
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
Affine model of stress stiffening in semiflexible filament networks
我们提出了一个修正的理论研究的仿射假设适用于半柔性网络。利用半柔性蠕虫状链的简单模型，我们推导出在所有分离处有效的交联分离的概率分布的表达式。这解释了熵和机械细丝拉伸。由此，我们得到了这种网络的自由能量密度明确作为施加的应变的函数。因此，我们能够计算任何施加的应变或应力的这种网络的弹性模量。我们发现，占交联分离的分布破坏了简单的缩放模量与应力，这是众所周知的单链，这种缩放是敏感的个别长丝的机械拉伸模量。我们比较这个模型的三个实验数据集，不同类型的细丝的网络，并发现，一个适当的处理仿射模型可以成功地解释数据。我们发现，网络更硬的细丝，如F-肌动蛋白，以适应数据，我们需要一个小得多的有效持久性长度比通常假设的特点，这种细丝类型。我们建议，这种有效地降低刚性的细丝可能是网络形成的后果。
2008-08-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Pre-yielding mechanical response near the jamming transition
Nagoya University（名古屋大学）；The University of Osaka（大阪大学）
研究临界点附近预屈服机械响应，揭示其非线性粘弹性行为，挑战传统线性叠加理论。
2026-04-04 cond-mat.soft
On Variational Arguments for Vibrational Modes near Jamming
非晶态固体倾向于呈现丰富的软弹性模式，这降低了它们的输运性质，在它们的弹性响应中产生不均匀性，并且影响非线性过程，如塑性的热激活。这是特别真实的，在包装的颗粒附近的堵塞过渡，有效介质理论和变分参数都可以预测振动模式的密度。然而，最近的数值支持变分论点的一个假设不成立。我们提供了一个新的变分参数，克服了这个问题，并正确地预测了软模附近的干扰过渡的标度特性。软模式被证明是相关的响应，在更多的连接网络的局部应变，其特征在于由体积$1/δz$，其中$δz$是超过麦克斯韦阈值的多余的协调。这些预测得到了数值验证。
2016-02-14 cond-mat.soft
Jamming, hysteresis and oscillation in scalar models for shear thickening
我们调查剪切增稠和堵塞的一个家庭的框架内的空间均匀，标量流变模型。这些是基于Sollich等人的“软玻璃态流变学”模型[Phys. Rev. Lett. 78，2020（1997）]，但有效温度x是整体应力σ或局部应变l的递减函数。当x=x（σ）时，流变曲线包括一个负斜率区域，在该区域附近，应力在周期性变化的外加应变率\gd下呈现滞后现象。这些x（σ）的一个子类具有在有限应力范围内接触\gd =0轴的流动曲线;在这个范围内施加应力{ \em堵塞}系统，在这个意义上，应变γ仅随时间t按几何学蠕变，γ（t）\sim \ln t。这些相同的系统可能会产生一个有限的渐近屈服应力下施加的应变，在某种程度上，取决于整个应力历史的样品，一种现象，我们称之为历史相关的干扰。相反，当x=x（l）的流动曲线总是单调的，但我们表明，一些x（l）产生一个振荡的应变响应范围内的稳定施加的应力。在一个简化的模型中观察到类似的自发振荡，具有较少的自由度。我们讨论了这一结果的流变学实验中观察到的时间不稳定性和粘滑行为在其他情况下发现，并评论可能与“延迟微分方程”，已知产生振荡和混乱的关系。
2001-10-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Glassiness, Rigidity and Jamming of Frictionless Soft Core Disks
考虑了双分散软核磁盘的干扰问题，采用多种不同的协议产生干扰状态。与其他工作一致，我们发现，冷却和压缩可以导致一个广泛的堵塞包装分数$ϕ_J$，取决于冷却速率和初始配置，在初始配置的大颗粒聚集的程度越大，将是更大的值$ϕ_J$。相反，我们发现，剪切破坏颗粒聚集，导致一个窄得多的范围内的$ϕ_J$作为剪切应变速率的变化。在剪切应变率为零的极限下，我们发现了一个唯一的非平凡值的干扰密度是独立的初始系统配置。我们得出结论，剪切驱动的干扰是一个独特的和明确的临界点在剪切驱动的稳态空间。我们澄清玻璃态行为，刚性和干扰在这样的系统之间的关系，并与我们的结果最近的实验。
2011-02-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
