作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 粘弹性圆锥体的草图及其尺寸
切掉一部分圆锥壳的角视图
包括对称轴和圆锥壳单个截面的横截面图
学分:科学进步，doi: 10
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abb2948 目前确定粘弹性结构的稳定性具有挑战性，因为看似稳定的构象可能会逐渐蠕变(材料在应力下的塑性变形是时间的函数)，直到失去稳定性
尽管可辨别的蠕变效应不一定导致粘弹性固体的不稳定性，但研究人员目前受限于数值模拟来预测相对于理论预测工具的未来稳定性
在一份关于科学进步的新报告中
以色列魏茨曼科学研究所的物理学和复杂系统专家厄巴奇和埃菲·埃夫拉蒂通过一种不断发展的测量弹性应变的瞬时参考度量来描述粘弹性固体
在这项工作中导出的不可压缩粘弹性固体的透明而直观的方法将未来稳定性问题简化为静态计算
该团队通过理解薄弹性壳中延迟不稳定性的微妙机制，展示了该方法的预测能力，以证明与实验的定量一致
自然界的蠕动 一个相对较慢的爬行运动是捕蝇草的基础——捕蝇草是植物界中速度最快的运动之一
在弹性薄壳弹开之前，也观察到了类似的蠕变现象，这种现象被称为持续几分之一秒的跳跃弹起
虽然壳的缓慢蠕动看起来是弹性稳定的，持续时间更长，但在地震余震之前，在地壳上可以观察到更大规模的蠕动
由于缺乏预测理论框架来检测这类系统未来的稳定性，研究人员仍在研究余震中粘弹性的确切作用
在每个概述的例子中，材料中缓慢的粘弹性流动会导致系统不稳定，导致内部储存的弹性能量突然释放
虽然科学家可以确定控制粘弹性行为的变量，但粘弹性流体中延迟不稳定性的机制仍知之甚少
在这项工作中，Urbach和Efrati通过使用度量描述定量地解决了粘弹性不稳定性的特征
度量共线性的示意图
度量g的最小化(由全黑圆圈标记)相对于对应于可实现配置(粗黑线)的度量子集被约束和执行
这些度量特别是方向保持和欧几里德
给定一个瞬时参考度量g(用一个完整的灰色圆圈标记)，根据瞬时弹性能量给出的距离函数，实现的度量将对应于从容许度量集合到g的最近点
从rest开始，g从g 0(用红色圆圈标记)向g演化，由于三个度量的共线性，g仍然是与g最接近的容许度量
当g保持不变时，g的演化将保持共线性，渐近地接近g的状态(用一个开放的圆标记)，这也是共线的
我们强调，在整个进化过程中，g保持不变；因此，尽管应力松弛，也不会观察到结构的变化
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abb2948 表征弹性材料中的爬行运动 该团队将材料的行为描述为相对于时间演变的测试长度的快速弹性响应，测试长度会因缓慢的粘弹性流动而改变
他们解释了材料中的微观反应，并预测了无约束粘弹性结构的未来稳定性
Urbach等人
通过复杂的应变率计算和应力松弛函数解释了线性粘弹性材料的所有关系，然后在本工作中导出了一维系统的数学关系；其中一些取决于材料特性，如杨氏模量和泊松比
瞬时增量变形导致材料中纯弹性响应的线性应力增加
由于粘弹性材料倾向于耗散(热力学开放)，弹性自由能的定义可能是不完整的
因此，科学家们消除了系统的惯性，将材料的运动近似为在弹性平衡状态之间演化的准状态
结果，给定的瞬时参考度量可以产生多个弹性稳定的配置
粘弹性参考长度演化
在静止状态下，身体上的所有三个长度测量值，其测量长度g(标记为红色)、其瞬时参考长度g(标记为灰色)和其静止参考长度g 0(标记为黑色)都相等
当受到恒定位移延伸时，瞬时参考长度从静止长度向当前假定长度发展，从而导致应力松弛
它渐近地接近稳态g stat =βg+(1β)G0，其中初始应力减小1β倍
当释放时，无约束系统立即采用其喜欢的瞬时参考长度，该长度又逐渐向剩余长度移动
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abb2948 通过度量描述的粘弹性不稳定性 材料的随时间变化的瞬时参考度量可以以这种方式发展以获得新的稳定构型，合并现有的稳定点，或者导致稳定的弹性构型失去稳定性
在后一种情况下，缓慢的粘弹性演化将伴随着快速的突变——这突出了预测粘弹性结构稳定性的主要困难
这种特性被称为暂时双稳态、伪双稳态或蠕变屈曲
不可压缩线性粘弹性固体进入不稳定状态必须经历两个不同的过程
首先，一个弹性稳定的状态将通过粘弹性松弛在一段时间内在一些外部载荷下获得稳定性
然后，当外部载荷被移除时，物体将呈现新获得的稳定状态，同时粘弹性蠕变导致不稳定性
然而，获得的稳定状态是暂时的
这样，Urbach等人
使用粘弹性的度量描述来描述控制粘弹性结构稳定性的机制
粘弹性稳定性图的实验验证
(一)直的和倒置的锥形提升管
照片信用:Erez Y
魏茨曼研究所乌尔巴赫
(二)两轴跨越截头圆锥形提升管的无量纲几何特性
背景颜色代表每个相位的理论预测区域
每个标记对应一个不同的popper不同形状(和颜色)的标记表示在实验中观察到的不同阶段
(3)数值计算的翻转时间，作为立即释放和长时间保持的锥形提升阀的标准化厚度的函数
通过改变它们的厚度和恒定半径rmin = 10毫米，rmax = 25毫米来模拟不同的弹射器
材料特性取β = 0
1，并且假设内存内核是τ = 0的指数
1 s，杨氏模量E = 2
5兆帕，泊松比v = 0
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改变内核可能导致稳定区域和获得稳定区域之间翻转时间的发散率变化，但是该发散的位置将保持不变
翻转时间的差异在以前的研究中有所涉及，最近，以前也研究过差异率
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abb2948 实验结果 这项工作中进行的计算揭示了粘弹性不稳定性的许多定性特征
然后，科学家们通过实验检验硅橡胶锥形弹射器的反应，测试了该理论的定量预测
为此，他们将硅橡胶提升管铸造成截头圆锥形外壳，以便更简单地控制材料的厚度
随着厚度的增加，双稳性降低，然后在某个时间点，弹射器立即弹回
科学家们生产了50个不同几何形状的不同圆锥形poppers，并测试了它们的相位，以通过实验确定粘弹性的相位边界
这里介绍的工作类似于以前的弹塑性研究
度量理论可应用于各向同性不可压缩粘弹性固体，为粘弹性不稳定性提供基本规则
为了使给定的结构蠕变到不稳定状态，蠕变应该在结构承受外部载荷的时间范围内发生
该理论特别适用于描述薄弹性壳体的实验延迟不稳定性
这些结果将能够阐明粘弹性在触发延迟地震余震中的作用
这样，这里提出的度量描述将为理解延迟粘弹性不稳定性提供一个理论框架
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