粘性弹性球体撞击建模中的参考间隙技术 可供购买

《Soft Matter》:Reference Gap Technique in Viscoelestic Sphere Impact ModelingAvailable to Purchase

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年08月21日 来源:Soft Matter 2.9

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   打开图形查看器 水凝胶球在外力作用下会发生大变形,被广泛应用于从水土保持到生物医药、软体机器人和可穿戴设备等各种领

  

水凝胶球在外力作用下会发生大变形,被广泛应用于从水土保持到生物医药、软体机器人和可穿戴设备等各种领域。这些大变形会引发强烈的非线性和涌现现象,例如集体颗粒堵塞,目前仍难以在统一的数值框架内加以捕捉。本文提出一种离散-连续模型,通过引入参考间隙来构建具有可调杨氏模量的连续介质水凝胶球。当弹性能量与表面能量可比拟时,显式地将表面张力纳入模型。随后,通过准静态压缩水凝胶球和各向同性压缩矩形水凝胶块,建立了宏观杨氏模量与微观刚度系数之间的关系。我们进一步评估了杨氏模量Y从100 Pa到50,000 Pa、泊松比为0.5的水凝胶球以0.5 m/s到4.5 m/s的速度撞击刚性基底时的动力学行为,并将结果与实验观测进行验证。我们研究了超弹性水凝胶球的形貌演化和铺展直径,以及作用在球体上的力和应力。模拟结果表明接触形貌经历了从点接触到赫兹接触,最终到整体变形的转变,伴随着应力分布从点状集中到单环和多环模式的相应演化。这些现象由机械波的传播所主导,并通过对应于超声速、临界、亚临界和高度亚临界状态的弹性-毛细马赫数来表征。

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