Mechanical instabilities in soft solids

软固体中的机械不稳定性

基本信息

  • 批准号:
    2108804
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2018 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Soft solid materials, such as gels, rubbers, skin and muscle, are characterized by their ability to undergo large elastic strains. These large deformations introduce geometric non-linearities into their behaviour, which underpin a wide range of novel elastic instabilities in which, at high load, the material spontaneously adopts a more complicated shape. These instabilities include well known classics such as ballooning and buckling, and also recently uncovered instabilities such as surface creasing and elastic fingering. Shape forming elastic instabilities have normally been thought of as failure modes, but we now understand they have been exploited by evolution to sculpt developing organs, and have great potential for exploitation by engineers to underpin shape-shifting devices and small scale shape fabrication. The aim of this project is to use theoretical and computational tools to enhance our understanding of large strain elastic instabilities. The project will start with a learning phase, focused on deriving a soliton-like theory of ballooning and mapping the peristalsis-ballooning transition in inflated cavities. The main body of the project will then focus on elastic instabilities that are triggered by the large thermal/optical strains found in liquid crystal elastomers (LCEs). In particular, the project will study the folding/wrinkling instabilities that occur when a stiff LCE layer is adhered to a soft substrate then caused to expand relative to the substrate. A unique feature of LCEs is that the expansion strain can be spatially patterned by imprinting a desired nematic director pattern at fabrication, offering control over the wrinkle patterns that will emerge. This project will study the relationship between wrinkle pattern and encoded director pattern, culminating in the creation of surfaces on which designer topography arises via buckling on heating or illumination. This project fits squarely in three EPSRC areas: Biophysics and soft matter physics, continuum mechanics, and polymer materials.
软固体材料,如凝胶、橡胶、皮肤和肌肉,其特征在于它们能够承受大的弹性应变。这些大变形将几何非线性引入其行为中,这支撑了广泛的新型弹性不稳定性,其中在高载荷下,材料自发地采用更复杂的形状。这些不稳定性包括众所周知的经典,如气球和屈曲,以及最近发现的不稳定性,如表面折痕和弹性指进。形状形成弹性不稳定性通常被认为是失效模式,但我们现在知道它们已经被进化利用来塑造发育中的器官,并且具有很大的潜力,可供工程师开发,以支持形状转换设备和小规模形状制造。 这个项目的目的是使用理论和计算工具来提高我们对大应变弹性不稳定性的理解。该项目将从一个学习阶段开始,重点是推导出一个类似孤立子的气球理论,并绘制膨胀腔中的膨胀-气球过渡。该项目的主体将集中在由液晶弹性体(LCE)中发现的大的热/光应变引发的弹性不稳定性。特别是,该项目将研究当刚性LCE层粘附到软基材上然后相对于基材膨胀时发生的折叠/折叠不稳定性。LCE的一个独特特征是,可以通过在制造时压印所需的方向图图案来在空间上图案化膨胀应变,从而提供对将出现的褶皱图案的控制。这个项目将研究皱纹图案和编码的导演图案之间的关系,最终在表面上的设计师地形产生通过弯曲加热或照明的创建。 该项目正好适合EPSRC的三个领域:生物物理学和软物质物理学,连续介质力学和聚合物材料。

项目成果

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