黏弹性软物质中惯性空化气泡复杂非球形失稳形状的预测
软凝聚态物质
2022-03-21 v1 流体动力学
摘要
软物质中的惯性空化是一种重要现象，广泛出现于众多生物与工程过程中。实验、理论和数值技术的最新进展使我们得以进入一个充满非线性物理的世界，但迄今为止我们大多数的定量理解仍集中于空化过程的球对称描述。然而，空化气泡的生长与溃灭很少以完全对称的方式发生，尤其在软材料中。预测动态产生的非球形失稳的出现一直是一项重大且未解决的挑战，部分原因在于周围非线性黏弹性固体所带来的额外本构复杂性。在此，我们提供一种新的理论模型，能够通过显式考虑类流体空化气泡与类固体周围环境之间所有相关的非线性相互作用，准确预测软材料中气泡非球形失稳形状的出现。与聚丙烯酰胺（PA）水凝胶中激光诱导空化事件的高分辨率实验图像对比显示高度一致。有趣的是，且与实验发现一致，我们的模型预测了环向拉伸比大于 1 时多种动态失稳形状的出现，这与大多数准静态研究相反。我们的新理论框架不仅为软固体中的空化动力学提供了前所未有的见解，也为解释与众多工程和医学应用以及自然现象相关的气泡动力学提供了定量手段。
引用
@article{arxiv.2104.03157,
title = {Predicting Complex Non-spherical Instability Shapes of Inertial Cavitation Bubbles in Viscoelastic Soft Matter},
author = {Jin Yang and Anastasia Tzoumaka and Kazuya Murakami and Eric Johnsen and David L. Henann and Christian Franck},
journal= {arXiv preprint arXiv:2104.03157},
year = {2022}
}