新的研究可能会导致更好的理解正交扣力学

数学家和机械工程师EPFL合作以获得更好的洞察两丝的力学和几何接触是机织物和节。

后续的佩德罗·里斯灵活的结构实验室,和约翰·克斯欧洲实验室的负责人在数学和力学计算和可视化,有共同的利益,对绳索和节。

里斯是一个工程师,一位攀岩爱好者,虽然多克斯是一个数学家,对航海的热情。然而,他们的共同利益结并不局限于自己的爱好。这是因为结找到使用的应用程序,例如,手术缝合线。节已经成为人类日常生活的一部分,自古以来,但其机制尚未完全理解。

一个简化的结

里斯、多克斯和实验室的研究人员调查了一个特定的配置两个丝之间的联系,或正交扣,可以视为最基本构建块结。

这种交织的是最简单的结;或者更具体地说,它就是结是基于链接。它也是最广泛使用的结。线程模式中发现我们的服装,例如。

佩德罗•里斯,灵活的结构实验室,欧洲

里斯、多克斯和小组进行了综合分析两个纤维之间的接触区。这项研究结果发表在美国国家科学院院刊》上的美利坚合众国欧洲杯线上买球(PNAS)。

Maddocks一直分析(除了其他事情)的数学理论解释节超过三十年的机制。他一直在研究具体的复杂几何曲线构成纤维之间的接触区。尤金Starostin, Maddocks”的同事,在2003年发表了一篇论文,这特别处理正交扣。

在这样的扣子,接触区就像一颗钻石形状,和四个角落表示主要的压力峰值。但他的理论不可能被经验证实,因为技术的局限性。

佩德罗和我决定一起工作时,我们想知道Starostin早期的结果仍然是相关的。然后我们进行了测试,测量和实验来回答这个问题。

约翰·克斯,在数学和力学计算和可视化实验室后续

”计算接触区一直是根据理想的假说,但从未实验验证,”里斯补充道。

验证初步调查结果

里斯的实验室,研究人员的帮助下进行实验层析x射线摄影机,它使用计算机模型和x射线产生3 d图像的对象。

”断层摄影让我们观察两个纤维之间的接触区。然后,我们证实了我们与计算机模拟的实验结果。我们没想到会找到这样一个异构两丝之间的压力分布指出:“保罗•Grandgeorge Reis的实验室的博士后。

实验表明,压力区域之间细丝恰逢Starostin之前的几何计算。”这是一个小的进步在理解纤维联系,”克斯补充说。

转矩方程

研究人员出于领先一步的结果和目的。因此,他们分析下两个纤维之间的接触区摩擦的影响。他们最初的猜测是,摩擦可以通过使用绞盘方程描述。

绞盘方程背后的概念很简单:当绳子缠绕在一个圆柱管,如系泊缆桩,两挂线的紧张局势是分开的。在管循环越多,差异越大两股之间的紧张关系。我们认为,我们可以用这个方程来计算两条链之间的张力比在我们的实验”。Grandgeorge说。

保罗•Grandgeorge博士后,灵活的结构实验室,欧洲

但执行大量的实验后,研究人员总结,绞盘方程不能帮助在纤维在摩擦状态的情况下。

”绞盘方程假设管不变形和大直径比绳子缠绕在它。然而,在我们的实验中,函数的弹性杆管可以变形,第二杆直径一样,函数作为绳子,”里斯补充道。

然而,研究人员并不认为这些结果是一个挫折,但恰恰相反。”这给了我们更多的动力去找到一个可以解释这个物理现象的理论模型指出:“Grandgeorge。”它似乎是一个简单的问题,但几何实际上是相当复杂的,”克斯解释道。

研究人员预测,将有无数研究结在未来,这将提供更好的理论见解实际情况。

视频来源:欧洲。

期刊引用:

Grandgeorge, P。等。(2021)力学严格正交的两个丝接触。美国国家科学院院刊》上的美利坚合众国欧洲杯线上买球。doi.org/10.1073/pnas.2021684118。

来源:https://www.epfl.ch/en/