微通道变形与损伤的流体-近场动力学结构模型

软壁微通道出现在许多应用中，从器官芯片平台到软机器人执行器。然而，尽管对其静态和动态响应进行了广泛研究，但这些设备的潜在失效问题尚未得到解决。为此，我们探索了微通道中的流固耦合，其柔顺顶壁由能够模拟变形和材料失效的非局部力学理论控制。我们通过将润滑近似下的粘性流动与Euler-Bernoulli梁的基于状态的近场动力学公式相耦合，开发了一维模型。近场动力学公式使该壁可被建模为真正的非局部梁，且其运动方程的积分形式在变形场平滑或包含不连续性时均保持有效。通过所提出的计算模型，我们探索了这种流体-近场动力学结构相互作用的稳态和时间相关行为。我们通过对耦合系统的色散（线性化）分析，合理化了仿真中观察到的波动和阻尼动力学，发现随着非局部影响的增加，波传播表现出明显偏离经典行为的特征，其特点是相速度的逐渐抑制。我们研究的主要贡献是概述了在流动的流体动力学载荷下微通道软壁的潜在失效场景。具体而言，我们在由量化梁非定常惯性的无量纲Strouhal数和量化流固耦合强度的柔顺数所张成的空间中发现了一条分界曲线，将瞬态条件下的潜在失效与稳态载荷下的潜在失效分离开来。