磁弹性臂的反演设计：用于变形
软凝聚态物质
2026-04-15 v1
摘要
细长磁性元素提供了可编程变形的灵活平台。然而，针对给定边界条件下磁弹性臂的反演设计尚缺乏通用且可解释的框架。本文基于矩平衡方程的积分形式，发展出磁弹性臂的显式解析反演设计公式。该方法产生曲率和旋转场的直接约束，使我们能够系统性地表征可行的设计空间。我们识别了支配磁扭矩与弹性恢复力量竞争的关键无量纲参数，并指出所施加的边界条件是 essential 元素。我们获得了在夹紧-自由和夹紧-夹紧配置下，用于生成所需actuated形状所需的梁锐化轮廓的闭式解；在后者案例中，这包括边界反应的解析表达式。该公式在无磁场情形下恢复经典的反弹性臂，并揭示了曲率偏差与磁场不匹配之间的线性比例关系。进一步提出了基于刚度调制的 tessellation 策略，用于设计离散变形表面。理论预测通过离散弹性棒仿真和代表性几何的实验得到验证。这一工作为磁弹性臂的反演设计建立了一致的解析框架，并为细长结构的磁场诱导形状编程提供了新见解。
引用
@article{arxiv.2604.12938,
title = {Inverse design of a magneto-elastica for shape-morphing},
author = {JiaHao Li and Yingchao Zhang and Weicheng Huang and Shenghao Ye and HengAn Wu and Dominic Vella and Mingchao Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.12938},
year = {2026}
}