泥层中多边形裂纹图案在反复温湿循环下的演化
软凝聚态物质
2023-08-16 v1
摘要
本文展示了类似随机镶嵌的自然裂纹马赛克如何随反复的“润湿后继以干燥”循环而演化。此处的自然系统是一种干燥胶体材料（例如泥层）中的裂纹网络。采用弹簧网络模型模拟泥层中连续的润湿与干燥循环，直至裂纹马赛克成熟。模拟结果与已报道的实验发现吻合良好。这些裂纹马赛克的演化已被映射为几何-拓扑域中一个四元向量的轨迹。基于裂纹力学原理，提出了能量与裂纹几何随循环次数变化的唯象关系。我们追踪裂纹图案的演化，发现该图案趋向于 Voronoi 马赛克以最小化系统能量。还探究了自然界中若干静态裂纹马赛克的实例，以验证自然是否偏好 Voronoi 图案。在此背景下，作者定义了裂纹马赛克 Voronoi 程度的新几何度量，用以量化一种镶嵌接近于 Voronoi 镶嵌甚至质心 Voronoi 镶嵌的程度。
引用
@article{arxiv.2305.01991,
title = {Evolution of polygonal crack patterns in mud when subjected to repeated wetting-drying cycles},
author = {Ruhul A I Haque and Atish J. Mitra and Sujata Tarafdar and Tapati Dutta},
journal= {arXiv preprint arXiv:2305.01991},
year = {2023}
}