拱门的穿透时间由细长度和缺陷控制
软凝聚态物质
2026-04-13 v2
摘要
穿透发生于当稳定平衡配置失稳时，导致快速运动到达新的稳定状态。尽管静态穿透分析已广泛记录，但穿透的动力学在具有自然曲率的结构中仍未充分探讨。通过有限元仿真和多尺度分析，我们展示，承受中心点载荷的拱门的穿透动力学由其细长度和系统中嵌入的缺陷控制。随着细长度的增加，穿透动力学变慢，穿透模式从极限点屈曲转为分叉屈曲。当发生分叉屈曲时，穿透之前会出现持续的振荡行为。这些前穿透振荡的持续时间，因此即穿透时间，完全由系统中的缺陷控制。增加缺陷强度会显著降低穿透时间。本文给出极限点和分叉屈曲的穿透时间解析表达式。我们的工作表明，可利用自然曲率和刻意引入的缺陷来调节新型功能材料的穿透动力学。
引用
@article{arxiv.2508.10802,
title = {Snap-through time of arches is controlled by slenderness and imperfections},
author = {William Simpkins and Matthew G. Hennessy and Matteo Taffetani},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.10802},
year = {2026}
}