Skip to main content
CenXiv.org
此网站处于试运行阶段,支持我们!
我们衷心感谢所有贡献者的支持。
贡献
赞助
cenxiv logo > cond-mat > arXiv:2501.06958v3

帮助 | 高级搜索

凝聚态物理 > 软凝聚态物理

arXiv:2501.06958v3 (cond-mat)
[提交于 2025年1月12日 (v1) ,修订后的 2025年6月1日 (此版本, v3) , 最新版本 2025年6月20日 (v4) ]

标题: 关于理解随机纤维网络的结构-功能关系的研究进展

标题: Towards understanding structure-function relationships in random fiber networks

Authors:Peerasait Prachaseree, Emma Lejeune
摘要: 随机纤维网络构成了众多生物组织和工程材料的结构基础。从力学的角度来看,理解随机纤维网络的结构-功能关系尤其有趣,因为当外力施加到这些网络上时,只有小部分纤维会承担大部分载荷。具体而言,这些承载载荷的纤维通过网络形成载荷路径,也称为力链。然而,纤维网络几何结构、力链与随机纤维网络整体力学行为之间的关系仍然知之甚少。 为此,我们构建了一个具有几何精确梁单元的随机纤维网络有限元模型,并利用该模型探索随机纤维网络的力学行为。我们的研究重点有两个方面。首先,我们探讨了单根纤维链和随机纤维网络的力学行为。其次,我们提出并验证了一种可解释的分析方法,仅基于结构信息来预测纤维网络的力学特性。 关键发现包括对单根纤维链以及由Voronoi图生成的纤维网络的临界应变硬化转变点的洞察,以及力链与将纤维网络视为空间图结构时出现的距离加权图最短路径之间的联系。这项工作标志着在绘制经历大变形的随机纤维网络结构-功能关系方面迈出了重要一步。 此外,由于我们的代码以开源许可证分发,我们希望未来的研究人员能够直接在此基础上开展工作,解决超出此处定义范围的相关问题。
摘要: Random fiber networks form the structural foundation of numerous biological tissues and engineered materials. From a mechanics perspective, understanding the structure-function relationships of random fiber networks is particularly interesting because when external force is applied to these networks, only a small subset of fibers will actually carry the majority of the load. Specifically, these load-bearing fibers propagate through the network to form load paths, also called force chains. However, the relationship between fiber network geometric structure, force chains, and the overall mechanical behavior of random fiber network structures remains poorly understood. To this end, we implement a finite element model of random fiber networks with geometrically exact beam elements, and use this model to explore random fiber network mechanical behavior. Our focus is twofold. First, we explore the mechanical behavior of single fiber chains and random fiber networks. Second, we propose and validate an interpretable analytical approach to predicting fiber network mechanics from structural information alone. Key findings include insight into the critical strain-stiffening transition point for single fiber chains and fiber networks generated from a Voronoi diagram, and a connection between force chains and the distance-weighted graph shortest paths that arise by treating fiber networks as spatial graph structures. This work marks an important step towards mapping the structure-function relationships of random fiber networks undergoing large deformations. Additionally, with our code distributed under open-source licenses, we hope that future researchers can directly build on our work to address related problems beyond the scope defined here.
评论: 41页,23幅图;增加了部分新文本,修正了拼写错误。
主题: 软凝聚态物理 (cond-mat.soft) ; 无序系统与神经网络 (cond-mat.dis-nn)
MSC 类: 74A40, 74K10, 74L15, 74S50
ACM 类: J.2; I.6.3; I.6.5
引用方式: arXiv:2501.06958 [cond-mat.soft]
  (或者 arXiv:2501.06958v3 [cond-mat.soft] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2501.06958
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Peerasait Prachaseree [查看电子邮件]
[v1] 星期日, 2025 年 1 月 12 日 22:34:58 UTC (11,495 KB)
[v2] 星期六, 2025 年 4 月 5 日 21:00:18 UTC (10,094 KB)
[v3] 星期日, 2025 年 6 月 1 日 00:54:14 UTC (10,078 KB)
[v4] 星期五, 2025 年 6 月 20 日 19:10:00 UTC (10,078 KB)
全文链接:

获取论文:

    查看标题为《》的 PDF
  • 查看中文 PDF
  • 查看 PDF
  • HTML(实验性)
  • 其他格式
许可图标 查看许可
当前浏览上下文:
cond-mat.soft
< 上一篇   |   下一篇 >
新的 | 最近的 | 2025-01
切换浏览方式为:
cond-mat
cond-mat.dis-nn

参考文献与引用

  • NASA ADS
  • 谷歌学术搜索
  • 语义学者
a 导出 BibTeX 引用 加载中...

BibTeX 格式的引用

×
数据由提供:

收藏

BibSonomy logo Reddit logo

文献和引用工具

文献资源探索 (什么是资源探索?)
连接的论文 (什么是连接的论文?)
Litmaps (什么是 Litmaps?)
scite 智能引用 (什么是智能引用?)

与本文相关的代码,数据和媒体

alphaXiv (什么是 alphaXiv?)
CatalyzeX 代码查找器 (什么是 CatalyzeX?)
DagsHub (什么是 DagsHub?)
Gotit.pub (什么是 GotitPub?)
Hugging Face (什么是 Huggingface?)
带有代码的论文 (什么是带有代码的论文?)
ScienceCast (什么是 ScienceCast?)

演示

复制 (什么是复制?)
Hugging Face Spaces (什么是 Spaces?)
TXYZ.AI (什么是 TXYZ.AI?)

推荐器和搜索工具

影响之花 (什么是影响之花?)
核心推荐器 (什么是核心?)
IArxiv 推荐器 (什么是 IArxiv?)
  • 作者
  • 地点
  • 机构
  • 主题

arXivLabs:与社区合作伙伴的实验项目

arXivLabs 是一个框架,允许合作伙伴直接在我们的网站上开发和分享新的 arXiv 特性。

与 arXivLabs 合作的个人和组织都接受了我们的价值观,即开放、社区、卓越和用户数据隐私。arXiv 承诺这些价值观,并且只与遵守这些价值观的合作伙伴合作。

有一个为 arXiv 社区增加价值的项目想法吗? 了解更多关于 arXivLabs 的信息.

这篇论文的哪些作者是支持者? | 禁用 MathJax (什么是 MathJax?)
  • 关于
  • 帮助
  • contact arXivClick here to contact arXiv 联系
  • 订阅 arXiv 邮件列表点击这里订阅 订阅
  • 版权
  • 隐私政策
  • 网络无障碍帮助
  • arXiv 运营状态
    通过...获取状态通知 email 或者 slack

京ICP备2025123034号