可压缩超弹性圆柱通道因内压与外约束所致的不稳定性

由软材料制成的受压圆柱通道在生物系统、软机器人与超材料设计中无处不在。本文研究受内压的长厚壁可压缩超弹性圆柱通道的大变形。所施加的压力可导致沿轴向或周向的弹性分岔。采用增量理论推导控制圆柱通道分岔行为的偏微分方程。研究了圆柱外表面两类边界条件（即自由与约束）以理解其对屈曲行为的影响。利用复合矩阵法对推导方程进行数值求解以评估临界压力。针对两类边界条件，考察了圆柱厚度与材料可压缩性对临界压力的影响。结果表明，对各向同性材料，在所有考虑的情形中，相较于周向，分岔在较低临界压力下沿圆柱轴向发生。最后，我们展示了通过沿圆柱长度方向添加增强体对圆柱分岔行为的可定制性。通过变化材料参数，研究了用于触发周向分岔的各向异性超弹性材料行为。