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凝聚态物理 > 无序系统与神经网络

arXiv:1812.00611 (cond-mat)
[提交于 2018年12月3日 ]

标题: 自应力控制超约束无序网络的刚度和稳定性

标题: Self-stresses control stiffness and stability in overconstrained disordered networks

Authors:Anwesha Bose, Mathijs F. J. Vermeulen, Cornelis Storm, Wouter G. Ellenbroek
摘要: 我们研究了预应力与随机弹性网络的力学性能之间的相互作用。 为了以受控的方式进行这项研究,我们引入了一种创建随机自由框架的算法,这些框架恰好支持一种自应力状态。 通过将该自应力状态下的所有键张力乘以同一个数——通过适当的归一化,这对应于框架内部的物理预应力——我们系统地评估了框架的线性力学响应作为预应力的函数。 在证明了仿射变形框架的力学模量严格独立于预应力之后,我们转向非仿射变形框架。 在这样的框架中,预应力对线性响应有深远的影响:不仅可以改变线性模量的值——我们证明这种影响与预应力对非仿射性的抑制效应有关——而且预应力通常会触发双稳态的机械响应。 因此,预应力可以被用来实时增强网络结构的机械响应,并实现有限变形。 这些控制模式可能在设计新型响应材料和软致动器方面有用。
摘要: We investigate the interplay between pre-stress and mechanical properties in random elastic networks. To do this in a controlled fashion, we introduce an algorithm for creating random freestanding frames that support exactly one state of self stress. By multiplying all the bond tensions in this state of self stress by the same number---which with the appropriate normalization corresponds to the physical pre-stress inside the frame---we systematically evaluate the linear mechanical response of the frame as a function of pre-stress. After proving that the mechanical moduli of affinely deforming frames are rigourously independent of pre-stress, we turn to non-affinely deforming frames. In such frames, pre-stress has a profound effect on linear response: not only can it change the values of the linear modulus---an effect we demonstrate to be related to a suppressive effect of pre-stress on non-affinity---but pre-stresses also generically trigger bistable mechanical response. Thus, pre-stress can be leveraged to both augment the mechanical response of network architectures on the fly, and to actuate finite deformations. These control modalities may be of use in the design of both novel responsive materials and soft actuators.
评论: 13页,9图
主题: 无序系统与神经网络 (cond-mat.dis-nn) ; 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci); 软凝聚态物理 (cond-mat.soft)
引用方式: arXiv:1812.00611 [cond-mat.dis-nn]
  (或者 arXiv:1812.00611v1 [cond-mat.dis-nn] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.1812.00611
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: Phys. Rev. E 99, 023001 (2019)
相关 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.99.023001
链接到相关资源的 DOI

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来自: Wouter G. Ellenbroek [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2018 年 12 月 3 日 09:00:07 UTC (1,297 KB)
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