单向拉伸流中可变形薄片的褶皱行为与动力学多稳态

从近乎不可伸长但柔性的石墨烯薄片到高度可伸长的聚合物薄膜，流体环境中薄结构材料的加工出现在许多应用中。迄今为止，关于自由悬浮于流体中的此类薄片的动力学知之甚少。本工作中，我们研究单向拉伸流中自由悬浮软薄片的动力学。弹性薄片采用连续介质模型建模，该模型考虑面内变形与面外弯曲，流体运动使用正则化 Stokeslet 方法计算。我们探讨两类薄片：强烈抵抗弯曲变形且始终保持平坦的“刚性”薄片，以及具有面内与面外可变形性因而可起皱的“柔性”薄片。对于刚性薄片，我们观察到一种类卷曲—拉伸转变，类似于长链线性聚合物在拉伸下以及弹性薄片在平面拉伸下所观察到的现象：在某一毛细数范围（流动强度相对于面内可变形性）内，薄片表现出紧凑或高度拉伸的构象，取决于变形历史。对于柔性薄片，弯曲刚度足够小的薄片起皱形成多种构象。此处，紧凑—拉伸双稳态仍然存在，但被起皱不稳定性强烈修正：高度拉伸的平面态可能失稳并起皱，此后由于与起皱相关的水动力屏蔽，其长度可能急剧收缩。因此，起皱使双稳态区间发生偏移。此外，借助平面稳态的线性稳定性分析，我们可预测并理解某些参数区间下的非线性长期动力学。