利用弹性通过电流体动力学不稳定性产生自振荡
软凝聚态物质
2020-03-13 v3 生物物理
计算物理
流体动力学
摘要
在足够强的稳态直流电场下，处于具有更高电导率的介电溶剂中的弱导电介电球可通过叉式分岔发生自发旋转（Quincke 旋转）。我们设计了一个由介电球和弹性细丝组成的物体。通过数值求解弹性-电流体动力学（EEH）问题，我们揭示了一种表现出多种动态响应的 EEH 不稳定性。改变细丝的弯曲刚度，该复合物体表现出三种行为：静止态、波动游泳和稳定旋转，其中游泳源于通过 Hopf 分岔产生的自振荡不稳定性。通过结合弹性流体动力学模型进行线性稳定性分析，我们从理论上预测了增长率和临界条件，其与数值结果吻合良好。我们还提出了一个由最小弹性结构组成的简化模型系统，其再现了 EEH 不稳定性。复合结构的弹黏响应能够将叉式分岔转变为 Hopf 分岔，从而导致自振荡。我们的结果暗示了一种利用弹性介质设计自振荡的新方法，更一般地，用于操控和多样化分岔及相应不稳定性。这些想法将有助于设计柔软的、环境自适应机器。
引用
@article{arxiv.1906.03261,
title = {Harnessing elasticity to generate self-oscillation via an electrohydrodynamic instability},
author = {Lailai Zhu and Howard A. Stone},
journal= {arXiv preprint arXiv:1906.03261},
year = {2020}
}