近日，振動、沖擊、噪聲研究所張文明教授、胡開明副教授團隊提出利用表面幾何約束的表面失穩(wěn)調(diào)控方法，為智能表面的失穩(wěn)調(diào)控提供了理論支撐和方法框架。研究成果“Nonliving dehydrated leaves-inspired surface anti-wrinkling”發(fā)表在期刊Science Advances上。博士生鄧心陸為第一作者，胡開明副教授、張文明教授為通訊作者。
表面失穩(wěn)結(jié)構(gòu)廣泛存在于自然界和人工表面，其豐富的形貌特征和復(fù)雜的力學(xué)行為吸引了廣泛的研究，然而其定量、按需調(diào)控方法仍是目前的研究難題之一。自然界“有生命”的動植物往往展現(xiàn)出高魯棒性的、智能的表面失穩(wěn)調(diào)控能力，但對于“非活性”的人工易失穩(wěn)表面，一種非生物化學(xué)驅(qū)動的、利用力學(xué)原理的表面失穩(wěn)調(diào)控方法仍待開發(fā)。
啟發(fā)自脫水銀杏葉的人工智能表面力學(xué)失穩(wěn)調(diào)控方法
該研究啟發(fā)自“非活性”的脫水銀杏葉中的區(qū)域化表面失穩(wěn)現(xiàn)象，提出了綜合利用有限寬度邊界約束和曲率約束的力學(xué)失穩(wěn)調(diào)控方法。研究建立了無量綱雙修正參數(shù)的基底剛度模型，提供了兼容多尺度、多種截面屬性、多種邊界約束的理論框架，并采用加權(quán)積分方法，實現(xiàn)了表面失穩(wěn)特性的快速、精確評估。基于上述理論模型，該研究深入分析了表面失穩(wěn)的力學(xué)調(diào)控機理，揭示了有限寬度邊界約束的調(diào)控機制，厘清了初始曲率約束的調(diào)控機理。
表面失穩(wěn)調(diào)控因子設(shè)計準則與多體系多尺度實驗驗證
該研究基于對有限寬度邊界-初始曲率耦合力學(xué)調(diào)控機理的深入分析，提出了表面失穩(wěn)調(diào)控因子（抗皺寬度和抗皺曲率半徑）的設(shè)計準則。研究發(fā)現(xiàn)調(diào)控因子是參考波長的線性或二次函數(shù)，由此總結(jié)了雙層體系中調(diào)控因子的顯式設(shè)計準則公式，其正確性、準確性和普適性由四組不同體系、不同尺度的實驗驗證。該設(shè)計準則公式以截面屬性相關(guān)的參考波長和調(diào)控需求相關(guān)的抗皺增強因子為自變量，實現(xiàn)了表面失穩(wěn)調(diào)控因子的按需定制，為“力學(xué)驅(qū)動”、而非“生物化學(xué)驅(qū)動”的智能表面力學(xué)失穩(wěn)設(shè)計提供了技術(shù)支撐。
該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、上海市優(yōu)秀學(xué)術(shù)帶頭人計劃、上海交通大學(xué)雙一流建設(shè)項目和“深藍計劃”基金的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1126/sciadv.adx7398
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