水凝胶的阻塞性肿胀与断裂
摘要：阻碍物对物体的生长和膨胀在各种环境中产生影响，但在复杂环境中隔离和理解其影响可能是困难的。在这里，我们研究了在实验、模拟和理论可达到的模型系统中的阻碍生长/膨胀：固定圆柱障碍物周围膨胀的水凝胶，并且障碍物具有不同的几何形状。当障碍物较大且间距较大时，水凝胶会膨胀并保持完整。相反，我们的实验发现当障碍物较窄且间距较小时，水凝胶在膨胀时出现意外断裂。我们使用有限元模拟来绘制在膨胀达到平衡时应力的大小和空间分布，为预测自断裂现象可能出现的时间提供了一种途径。应用压痕理论、多孔弹性理论和非线性连续介质力学的经验，我们还开发了一个理论框架，用于理解障碍物几何形状和材料参数如何控制膨胀过程中产生的最大主张拉力和压缩应力。这些结果有助于揭示阻碍环境中生长/膨胀的力学原理。
作者：Abigail Plummer, Caroline Adkins, Jean-Franc{c}ois Louf, Andrej Kov{s}mrlj, and Sujit S. Datta
论文ID：2307.11827
分类：Soft Condensed Matter
分类简称：cond-mat.soft
提交时间：2023-07-25