有限预拉伸软纤维中的弹性波速
软凝聚态物质
2023-08-16 v1
摘要
软纤维中的弹性波速随材料本构与轴向应力水平而变化,是许多技术应用中力学信号的基本度量。本工作中,基于小变形叠加于大变形(small-on-large)理论,我们建立了有限预拉伸软纤维中线性弹性波传播模型。给出了纵波(初波,P-)与横波(次波,S-)波速公式,并通过数值模拟及蜘蛛丝实验数据予以验证。研究了材料本构、可压缩性与预应力对波传播的影响。我们发现,随着预应力增大,P 波波速的变化高度依赖于应力-应变曲线的凹性。相比之下,无论何种本构模型,S 波波速均表现为增大。对于 P 波与 S 波,波速变化在可压缩纤维中均比在近不可压缩纤维中更显著。此外,对于微小预应力,我们基于 Rayleigh 梁理论提出了 S 波波速的修正公式,揭示了“弦振动”与“梁振动”之间的竞争机制。这可为软纤维的精确力学表征提供可靠理论基础,并为轻量化、可调波操控器件开辟途径。
关键词
引用
@article{arxiv.2102.00156,
title = {Elastic wave velocities in finitely pre-stretched soft fibers},
author = {Shiheng Zhao and Zheng Chang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2102.00156},
year = {2023}
}
备注
27 pages, 6 figures