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凝聚态物理 > 软凝聚态物理

arXiv:2403.04995 (cond-mat)
[提交于 2024年3月8日 ]

标题: 多孔软生物连续体中热力学和冲击波力学的通用相场混合表示

标题: A universal phase-field mixture representation of thermodynamics and shock wave mechanics in porous soft biologic continua

Authors:John D. Clayton
摘要: 连续混合理论被制定用于大变形、热效应、相相互作用和软生物组织的退化。 这些组织由一个或多个固体和流体相组成,可以表现出非线性各向异性弹性、粘弹性、热弹性以及多孔弹性物理特性。 在极端大或快速变形下,例如冲击或冲击载荷,组织可能会断裂、撕裂或破裂。 一种通用的、热力学一致的公式涵盖了这些机制,该公式将混合物的连续介质理论与断裂的相场力学相结合。 广义芬斯勒空间的度量张量提供了关于微观结构重新排列影响的几何见解,例如胶原纤维的退化。 推导了控制方程,并提出了适用于具有固体和液体或气体相的通用软多孔组织的能量势和动力学定律。 冲击波被建模为奇异表面;对霍格尼约特状态和冲击衰减进行了分析研究。 展示了该框架在表示血液、骨骼肌和肝脏方面的适用性。 获得了目前实验无法解决的物理现象的见解。
摘要: A continuum mixture theory is formulated for large deformations, thermal effects, phase interactions, and degradation of soft biologic tissues. Such tissues consist of one or more solid and fluid phases and can demonstrate nonlinear anisotropic elastic, viscoelastic, thermoelastic, and poroelastic physics. Under extremely large or rapid deformations, for example impact or shock loading, tissues may fracture, tear, or rupture. Mechanisms are encompassed in a universal, thermodynamically consistent formulation that combines the continuum theory of mixtures with phase-field mechanics of fracture. A metric tensor of generalized Finsler space supplies geometric insight on effects rearrangements of microstructure, for example degrading collagen fibers. Governing equations are derived, and energy potentials and kinetic laws posited, for generic soft porous tissues with solid and liquid or gas phases. Shock waves are modeled as singular surfaces; Hugoniot states and shock decay are studied analytically. Suitability of the framework for representing blood, skeletal muscle, and liver is demonstrated. Insight into physics presently unresolved by experiments is obtained.
评论: 29页,6图
主题: 软凝聚态物理 (cond-mat.soft) ; 数学物理 (math-ph); 微分几何 (math.DG)
MSC 类: 74B20, 74F10, 74J40, 53Z05
引用方式: arXiv:2403.04995 [cond-mat.soft]
  (或者 arXiv:2403.04995v1 [cond-mat.soft] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2403.04995
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: Physical Review E, vol. 110, art. 035001, 2024
相关 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.110.035001
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来自: John Clayton [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2024 年 3 月 8 日 02:16:01 UTC (3,821 KB)
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