曲线细长纤维在大尺度三维变形中的短程分子相互作用渐近一致且计算高效建模
摘要：一种用于曲线细纤维在大幅度三维变形下的短程分子相互作用的新型计算建模方法被提出，并详细概述了它如何适用于现有纤维或梁相互作用模型的框架，无论是考虑微观分子还是宏观接触效应。直接评估在三维空间中两个一般物体之间的分子相互作用势需要在两个三维体积上积分，从而导致需要通过数值方法求解的六重积分。通过利用所考虑的相互作用势类别的短程特性以及在机械梁理论中通常应用的不可变形纤维截面的基本运动假设，最近导出的一种闭式解析解被应用于给定第一根纤维（从属梁）的一段和整个第二根纤维（主梁）之间的相互作用势。这种基于预定义的截面-梁相互作用势（SBIP）的新方法只需要执行沿从属梁长度的一个单一积分步骤。就准确性而言，从这种方法得到的总梁-梁相互作用势显示出渐近一致的角度和距离缩放行为。除了仔细选择的用于验证所提出的SBIP方法准确性和渐近一致性的基本双纤维系统之外，还探讨了一种潜在的实际应用，即粘附纳米纤维嵌入表面。通过涉及大量螺旋纤维的大幅度三维变形、任意相互纤维取向以及频繁的局部纤维脱落和与接触事件，该示例展示了这种新方法的稳健性和计算效率。
作者：Maximilian J. Grill, Wolfgang A. Wall, Christoph Meier
论文ID：2208.03149
分类：Computational Engineering, Finance, and Science
分类简称：cs.CE
提交时间：2022-08-19