物理科技生物学-PHYICA

科如月树学家精确地预测了双层中多周期模式的复杂演化

物理学 2022-06-20 23:59:37

中国科学出版社 (一)基底预压时的平皱三倍过渡;(b)在直接压缩下的平-皱-加倍-四倍-加倍转变;(c)具有基底预拉伸和大模量比的平-皱-脊转变;(d)具有基底预拉伸和小模量比的平-皱-分层过渡

信用:中国科学出版社 柔性膜/基底双层的表面不稳定性由于其广泛的应用而引起了人们的极大兴趣,例如皱纹驱动的表面更新和防污、用于伪装皮肤的形状变形以及微/纳米尺度的表面图案化控制

然而,在非线性后屈曲区域精确预测和连续追踪二次分叉转变仍然是一个挑战

事实上,对形态演变和图案选择的基本理解和定量预测对于有效利用褶皱作为形态设计的工具至关重要

最近,复旦大学的一个软物质力学小组在《科学·中国物理、力学和天文学》上发表了一篇题为“双层中多周期后屈曲模式的复杂演化”的文章,基于他们的超弹性双层晶格模型,报道了涉及多周期模式转变的丰富的连续后屈曲现象

研究人员已经开发了晶格模型来定量预测超晶格双层中具有多模跃迁的非线性表面形态演化

基于这些模型,他们揭示了一个复杂的后屈曲现象,包括连续的分叉:平-皱-翻-翻-翻

他们研究了模量比、尺寸和载荷类型对图案形成和演变的影响

在基底预张力较高的情况下,在二次分叉处模量比较低的双层中出现大小起伏交替包形式的分层褶皱,而在模量比相对较高的情况下出现褶皱-脊模式转变

而在适度的基底预压缩和模量比的情况下,双层趋向于演变成三倍周期模式

最后,他们提供了基于新胡克和阿鲁达-博伊斯本构定律的相图,以表征预拉伸和模量比对模式选择的影响

两种超弹性模型都显示了膜/基底双层中相同的模式转变趋势和相似的变形形状

这项工作不仅提高了对软双层材料非线性形态转变的基本认识,而且为定量预测和设计多周期或局域表面提供了一种方法,有望在广泛的应用中指导智能表面调控

由两个无量纲参数确定的各种表面不稳定性模式的计算相图:模量比和基底预拉伸

考虑了不同的本构定律:(1)新胡克定律,(2)阿鲁达-博伊斯定律

不同的颜色区域代表不同的最终不稳定模式

信用:中国科学出版社

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