技术简报:紧致弹性绳结的有限元建模
软凝聚态物质
2021-02-03 v1 数学物理
math.MP
摘要
我们提出一种利用几何非线性、全三维(3D)有限元分析模拟弹性杆中绳结力学行为的方法。我们聚焦于紧配置下绳结的力学行为,对此必须考虑全 3D 变形。为建立打结结构的拓扑,我们对以 3D 实体单元网格化的初始直杆中心线施加一系列规定位移步骤。自接触通过法向罚力结合库仑摩擦来强制满足。作为测试用例,我们研究了单结与八字结。我们的模拟通过结合杆件制备与 X 射线断层扫描的精密模型实验得到验证。即便重点在于方法,我们的结果揭示紧致弹性绳结的 3D 变形对其力学响应至关重要。这些发现不同于先前对松散绳结的分析,后者仅需基于 1D 中心线的杆理论即可获得预测性理解。我们的方法作为一个鲁棒框架,可获取紧密打结结构中通过实验或现有降阶理论均不易获得的复杂力学行为。
引用
@article{arxiv.2010.09109,
title = {Technical Brief: Finite Element Modeling of Tight Elastic Knots},
author = {Changyeob Baek and Paul Johanns and Tomohiko G. Sano and Paul Grandgeorge and Pedro M. Reis},
journal= {arXiv preprint arXiv:2010.09109},
year = {2021}
}