拍动、旋转与翻转：预拉伸活性细丝的非线性动力学

两端几何约束的初直细弹性杆在端部靠拢受压时发生屈曲并形成稳定的二维形状。已知在预应力的临界值以上，夹紧的杆会转变为弯曲、扭转的三维平衡形状。最近，我们证明了浸没在耗散流体中并由非保守随动力的预拉伸平面形状会表现出稳定的大幅拍动振荡。在此，我们采用时间步进方法分析在活性随动力和耗散流体阻力作用下预拉伸平面与非平面细丝构型的三维失稳与动力学。首先，我们发现边界约束的类型决定了失稳后非线性模式的性质。当细丝一端夹紧、另一端铰接且随动力指向夹紧端时，我们仅观察到稳定的平面（拍动）振荡，称为拍动结果。然而当两端均夹紧时，我们观察到二次失稳，其中平面振荡被面外扰动 destabilize（ destabilized，即失稳），并产生以两个不同时间尺度为特征的完全三维旋转模式。第一时间尺度刻画绕端到端轴的连续单向旋转运动。第二时间尺度捕捉旋转方向反转或翻转的速率。旋转方向发生翻转的总时间相对于细丝同向旋转的长时间而言非常短。计算表明旋转振荡的反转类似于松弛振荡，每个周期由扭转形变的突然跳跃引发，随后是净扭转逐渐减小的阶段，直至下一轮变化。