具有非均匀弯曲刚度的弹性微丝的流动诱导屈曲
软凝聚态物质
2023-01-20 v1 流体动力学
摘要
屈曲在斯托克斯流体中弹性微丝的输运与动力学中起着关键作用。然而，以往工作仅考虑了具有均匀结构特性的丝。在许多生物系统（如微管）中，丝的骨架刚度可以是非均匀的，其中蛋白质的缔合与解离可导致结构在时空上的变化。此类非均匀性对这些纤维的构型稳定性与输运的后果尚属未知。在此，我们使用细体理论与欧拉-伯努利弹性力学，结合多种非均匀弯曲刚度分布，通过线性稳定性分析与布朗模拟来量化这一屈曲不稳定性。在剪切流中，我们在模拟中观察到刚度降低区域出现更显著的屈曲。这些显著变形区域导致了颗粒附加应力的差异，表明由于这些丝的存在产生了非平凡的流变响应。由每种刚度分布产生的基本模态形状与我们的线性稳定性分析预测一致。总之，这些结果表明非均匀弯曲刚度可剧烈改变生理相关环境中的流固耦合，为阐明水动力学与生物聚合物结构特性之间的复杂相互作用提供了基础。
引用
@article{arxiv.2206.12470,
title = {Flow-Induced Buckling of Elastic Microfilaments with Non-Uniform Bending Stiffness},
author = {Thomas Nguyen and Harishankar Manikantan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2206.12470},
year = {2023}
}