软薄膜失稳与形貌演化

【作者】 李博； 张程； 冯西桥；

【机构】 清华大学工程力学系生物力学与医学工程研究所；

【摘要】 软材料对外界刺激敏感,易发生表面失稳和复杂的形貌演化。本研究采用理论分析、实验研究和数值模拟相结合的方法,研究了软材料薄膜的失稳与形貌演化。首先针对平面构型,建立了研究生物膜生长失稳的实验系统与计算方法。将菌落膜简化为可生长的弹性薄板,分析了其失稳的力学机制,给出了临界失稳的理论解。并采用Ginzburg–Landau动力学方法和傅里叶谱方法相结合的途径对菌落膜的形貌产生进行了模拟,结果与实验观察吻合。进一步考虑曲率的影响,研究了半球形软薄膜在集中力作用下的形貌失稳与演化。实验发现,半球形薄膜在向外集中力的作用下会产生四阶段的形貌演化。采用非线性浅壳理论研究了系统的平衡状态及临界失稳行为,采用膜理论和标度律方法对半球形薄膜的后屈曲进行了分析,发现了形貌失稳新现象,并阐释了弹性与曲率耦合影响曲面薄膜形貌演化的机制。更多还原