基于订书钉状颗粒的"颗粒超材料"中可调纠缠与强度：实验与离散元模型
软凝聚态物质
2025-04-09 v1
摘要
纠缠物质表现出不寻常的吸引特性和机制：拉伸强度、组装与拆卸能力、损伤容限。虽然这些属性和机制中的一些与传统颗粒材料有共同特征，但较少研究聚焦于纠缠与强度，且我们对这些材料的力学理解存在巨大空白。本报告聚焦于由订书钉状颗粒组成的束的拉伸性能，特别是调整单个订书钉腿与冠部之间角度的效果。我们的实验结合离散元模型显示，纠缠强度与颗粒几何啮合之间存在竞争机制，产生最大化强度的最优冠腿角度。我们还表明，拉伸力仅由少量订书钉传递，这些订书钉仅组织成1-3条力链。这些力链的形成和断裂是高度动态的：当力链断裂时，它们被先前力学上不可见的新力链所替代。作为"颗粒超材料"的纠缠物质在材料设计方面提供了有趣的前景，且为单个颗粒提供了广阔的设计空间。由于其性能可通过订书钉形状调节，我们将这些纠缠材料解释为具有不寻常组合特性的"颗粒超材料"：同时具备强度和韧性、可控的组装与拆卸、可重构性、可回收性。
引用
@article{arxiv.2412.05415,
title = {Tunable entanglement and strength in "granular metamaterials" based on staple-like particles: Experiments and discrete element models},
author = {Saeed Pezeshki and Youhan Sohn and Vivien Fouquet and Francois Barthelat},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.05415},
year = {2025}
}
备注
26 pages, 11 figures, submitted to Journal of the Mechanics and Physics of Solids