Forward and inverse problems in the mechanics of soft filaments.
Forward and inverse problems in the mechanics of soft filaments.
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DOI：
10.1098/rsos.171628
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发表时间：
2018-06
影响因子：
3.5
通讯作者：
Mahadevan L
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Gazzola M;Dudte LH;McCormick AG;Mahadevan L
柔软细长的结构在自然和人工系统中普遍存在，在主动和被动环境中，跨尺度，从聚合物和鞭毛，到蛇和空间系绳。本文用一种简单实用的基于Cosserat杆模型的数值实现方法，模拟了细丝在与复杂环境通过肌肉活动、表面接触、摩擦和流体动力学相互作用时的弯曲、扭转、拉伸和剪切的动力学过程。我们通过求解一些涉及被动细丝力学的正问题来验证我们的模拟，并将它们与已知的分析结果进行比较，并将它们扩展到研究拉伸和扭曲的细丝中的不稳定性，这些拉伸和扭曲的细丝形成螺线管和螺线状结构。然后，我们通过求解反问题来研究活动的细丝，如蛇和其他细长的生物体，以确定在固体表面和散装液体中无肢体运动的最佳步态。
Soft slender structures are ubiquitous in natural and artificial systems, in active and passive settings and across scales, from polymers and flagella, to snakes and space tethers. In this paper, we demonstrate the use of a simple and practical numerical implementation based on the Cosserat rod model to simulate the dynamics of filaments that can bend, twist, stretch and shear while interacting with complex environments via muscular activity, surface contact, friction and hydrodynamics. We validate our simulations by solving a number of forward problems involving the mechanics of passive filaments and comparing them with known analytical results, and extend them to study instabilities in stretched and twisted filaments that form solenoidal and plectonemic structures. We then study active filaments such as snakes and other slender organisms by solving inverse problems to identify optimal gaits for limbless locomotion on solid surfaces and in bulk liquids.
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作者：
Audoly, B.;Clauvelin, N.;Wardetzky, M.
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Wardetzky, M.
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作者：
Brun, P. -T.;Ribe, N. M.;Audoly, B.
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作者：
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作者：
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