经历大 3D 变形的弯曲细纤维间短程分子相互作用的渐近一致且计算高效的建模
计算工程、金融与科学
2022-08-19 v4
摘要
本文提出了一种用于经历大 3D 变形的弯曲细纤维之间短程分子相互作用的新型计算建模方法，并详细概述了该方法如何融入现有的纤维或梁相互作用模型框架，这些模型或是考虑微尺度分子效应，或是考虑宏观尺度接触效应。直接评估 3D 空间中两个一般物体之间的分子相互作用势需要对两个 3D 体积上的分子密度进行积分，导致需数值求解六重积分。通过利用所考虑相互作用势类的短程性质，以及机械梁理论中通常应用的不可变形纤维截面的基本运动学假设，我们应用了最近推导的、针对第一根纤维（从梁）给定截面与第二根纤维（主梁）整体的相互作用势的闭式解析解。这种基于预定义截面-梁相互作用势（SBIP）的新方法仅需沿从梁长度方向执行一次数值积分步骤。在精度方面，该方法得到的总梁-梁相互作用势显示出渐近一致的角度和距离缩放行为。除用于验证所提 SBIP 方法精度与渐近一致性的精心挑选的基本双纤维系统外，还研究了以粘附纳米纤维接枝表面为形式的潜在实际应用。该示例涉及大量经历大 3D 变形的螺旋纤维、任意相互纤维取向以及频繁的局部纤维脱离与 snap-into-contact 事件，展示了新方法的鲁棒性与计算效率。
引用
@article{arxiv.2208.03149,
title = {Asymptotically consistent and computationally efficient modeling of short-ranged molecular interactions between curved slender fibers undergoing large 3D deformations},
author = {Maximilian J. Grill and Wolfgang A. Wall and Christoph Meier},
journal= {arXiv preprint arXiv:2208.03149},
year = {2022}
}