106 / 2021-04-05 09:39:55

表面效应对超弹性软材料颈缩失稳行为的影响

软材料，超弹性，表面效应，颈缩失稳，构型演化

软材料的一个重要特征是当其结构尺寸达到微纳米尺寸时，其力学行为表现出强烈的尺寸效应。颈缩失稳是软材料表面失稳行为的一种模式。然而，传统的颈缩理论未曾考虑表面效应的影响，因而不能用于精确求解软材料的颈缩失稳。本研究基于能量法研究了表面能对两种典型构型——板与圆柱杆颈缩失稳行为的影响。首先，利用线性稳定性理论分别推导了板与圆柱杆的临界失稳条件。结果表明，对于板而言，仅当材料本构关系非凸时，颈缩才可能发生；而对于圆柱杆，非凸材料本构关系与表面能都可能触发其颈缩失稳。其次，表面能对两种构型颈缩行为的影响截然相反——其推迟板的颈缩失稳，而促进圆柱杆颈缩。本研究不仅能加深对软材料失稳行为的理解，而且可为软材料器件和软体机器人设计提供理论帮助。