扭转弹性细丝对的能量学

我们通过在规定端到端分离条件下测量扭矩，研究了细丝对中作为施加扭转函数的弹性储能。我们表明，当细丝初始分离时，扭矩随施加扭转迅速上升至峰值，随后在细丝交叉并接触时下降至最小值。当细丝形成双螺旋且扭转增加时，扭矩再次上升。一个结合几何非线性与大拉伸和自扭转效应的非线性弹几何模型，被证明能够刻画螺旋几何、扭矩曲线以及储能随扭转的演化。我们发现总能量的很大一部分储存于细丝的拉伸中，且随分离距离和施加张力而增加。我们发现仅有很小一部分能量以弯曲能形式储存，且接触能的贡献可忽略不计。我们的研究凸显了可拉伸性对细丝扭转的影响，这是一种基本的拓扑变换，与制绳、系鞋带、机器人驱动以及纠缠聚合物的物理性质相关。