纖維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的力學(xué)響應(yīng).pdf

1、纖維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)通常是指纖維之間通過物理或化學(xué)作用相互交聯(lián)形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)廣泛存在于天然和人造材料中。本文研究的肌動(dòng)蛋白纖維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是一類典型的纖維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它廣泛存在于細(xì)胞骨架和生物凝膠等生命系統(tǒng)中。肌動(dòng)蛋白纖維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中交聯(lián)蛋白的結(jié)合能量較低，其解離和重連過程容易受到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變形和周圍熱波動(dòng)等因素的影響。實(shí)驗(yàn)表明這種纖維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在小變形時(shí)剛度較低(約1Pa)，但隨著變形的增加，網(wǎng)絡(luò)整體剛度會(huì)呈現(xiàn)數(shù)量級(jí)的增加，如果變形繼續(xù)增加

2、并超過一定閾值，網(wǎng)絡(luò)剛度將急劇下降，這種力學(xué)現(xiàn)象稱為應(yīng)變硬化到軟化（strain stiffening to softening）。已有理論模型和數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，纖維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的硬化主要來源于纖維變形模式從彎曲到伸長的轉(zhuǎn)化，而軟化則是由于網(wǎng)絡(luò)中交聯(lián)蛋白解離導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)弱化和應(yīng)力松弛。本文建立了纖維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)模型，采用有限元與隨機(jī)過程耦合的計(jì)算方法，研究了纖維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)從硬化到軟化的力學(xué)行為及其微觀機(jī)制，將網(wǎng)絡(luò)的宏觀動(dòng)力學(xué)響應(yīng)與纖維大變形、交聯(lián)蛋白