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管腔结构软组织的三维形貌失稳

谢伟华 尹思凡 李博 曹艳平 冯西桥

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管腔结构软组织的三维形貌失稳

谢伟华, 尹思凡, 李博, 曹艳平, 冯西桥

Three-dimensional morphological wrinkling of cylindrical soft tissues

Xie Wei-Hua, Yin Si-Fan, Li Bo, Cao Yan-Ping, Feng Xi-Qiao
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  • 生物软组织生长失稳的研究,有助于理解生物组织各种形貌的形成机制,并为某些疾病的诊断和治疗提供参考. 本文基于连续介质力学方法,利用体生长模型和增量变形理论,分析了圆柱状生物软组织的三维形貌失稳. 结果表明,在圆柱外边界自由时,系统可能出现三种失稳形式-欧拉失稳、轴对称失稳和四方失稳;而当圆柱外边界固定时,系统可以发生轴对称失稳和四方失稳. 通过有限元模拟,给出了在上述两种边界条件下圆柱状生物软组织失稳形貌的相图. 进而采用伪动力学方法,研究了形貌的后屈曲演化特征.
    Investigations of the growth-induced deformations of soft biological tissues may help understand the underlying mechanical mechanisms of their morphogenesis and provide clues for diagnosing some diseases. In the framework of continuum mechanics, we establish a three-dimensional model to analyze the instabilities of cylindrical soft tissues induced by volumetric growth. The different three-dimensional wrinkling patterns under either free or fixed boundary conditions at the outer surface are considered. It is found that Euler buckling, axially symmetrical wrinkling, and checkerboard wrinkling may occur under the traction-free boundary conditions, while axisymmetric pattern and checkerboard pattern often appear under the fixed boundary conditions. Phase diagrams are constructed to predict the morphologies in terms of the geometrical and material parameters of the system. Besides, a pseudo-dynamic numerical method is invoked to simulate the postbuckling evolutions of the wrinkling patterns.
      通信作者: 冯西桥, fengxq@tsinghua.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11432008,11542005)资助的课题.
      Corresponding author: Feng Xi-Qiao, fengxq@tsinghua.edu.cn
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 11432008, 11542005).
    [1]

    Balbi V, Ciarletta P 2013 J. R. Soc. Interface 10 20130109

    [2]

    Balbi V, Kuhl E, Ciarletta P 2015 J. Mech. Phys. Solids 78 493

    [3]

    Li B, Cao Y P, Feng X Q, Gao H 2012 Soft Matter 8 5728

    [4]

    Fung Y C 1991 Ann. Biomed. Eng. 19 237

    [5]

    Goriely A, Destrade M, Ben Amar M 2006 Q. J. Mech. Appl. Math. 59 615

    [6]

    Li B, Jia F, Cao Y P, Feng X Q, Gao H 2011 Phys. Rev. Lett. 106 234301

    [7]

    Ben Amar M, Jia F 2013 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 110 10525

    [8]

    Ciarletta P, Ben Amar M 2012 J. Mech. Phys. Solids 60 525

    [9]

    Li B, Cao Y P, Feng X Q 2011 J. Biomech. 44 182

    [10]

    Li B, Cao Y P, Feng X Q, Gao H 2011 J. Mech. Phys. Solids 59 758

    [11]

    Moulton D E, Goriely A 2011 J. Mech. Phys. Solids 59 525

    [12]

    Shyer A E, Tallinen T, Nerurkar N L, Wei Z, Gil E S, Kaplan D L, Tabin C J, Mahadevan L 2013 Science 342 212

    [13]

    Xie W H, Li B, Cao Y P, Feng X Q 2014 J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 29 594

    [14]

    Han H C 2008 J. Biomech. 41 2708

    [15]

    Han H C 2009 J. Biomech. 42 2797

    [16]

    Han H C, Chesnutt J K, Garcia J R, Liu Q, Wen Q 2013 Ann. Biomed. Eng. 41 1399

    [17]

    Han H C, Ku D N, Vito R P 2003 Ann. Biomed. Eng. 31 403

    [18]

    Ben Amar M, Goriely A 2005 J. Mech. Phys. Solids 53 2284

    [19]

    Ogden R W 1997 Non-Linear Elastic Deformations (New York: Courier Dover Publications)

    [20]

    Lee A Y, Han B, Lamm S D, Fierro C A, Han H C 2012 Am. J. Physiol. 302 H873

    [21]

    Johnson F P 1910 Am. J. Anatomy 10 521

    [22]

    McLin V A, Henning S J, Jamrich M 2009 Gastroenterology 136 2074

    [23]

    Yasugi S 1993 Dev. Growth Differ. 35 1

    [24]

    Rodriguez E K, Hoger A, McCulloch A D 1994 J. Biomech. 27 455

    [25]

    Jia F, Li B, Cao Y P, Xie W H, Feng X Q 2015 Phys. Rev. E 91 012403

    [26]

    Cai S, Breid D, Crosby A J, Suo Z, Hutchinson J W 2011 J. Mech. Phys. Solids 59 1094

  • [1]

    Balbi V, Ciarletta P 2013 J. R. Soc. Interface 10 20130109

    [2]

    Balbi V, Kuhl E, Ciarletta P 2015 J. Mech. Phys. Solids 78 493

    [3]

    Li B, Cao Y P, Feng X Q, Gao H 2012 Soft Matter 8 5728

    [4]

    Fung Y C 1991 Ann. Biomed. Eng. 19 237

    [5]

    Goriely A, Destrade M, Ben Amar M 2006 Q. J. Mech. Appl. Math. 59 615

    [6]

    Li B, Jia F, Cao Y P, Feng X Q, Gao H 2011 Phys. Rev. Lett. 106 234301

    [7]

    Ben Amar M, Jia F 2013 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 110 10525

    [8]

    Ciarletta P, Ben Amar M 2012 J. Mech. Phys. Solids 60 525

    [9]

    Li B, Cao Y P, Feng X Q 2011 J. Biomech. 44 182

    [10]

    Li B, Cao Y P, Feng X Q, Gao H 2011 J. Mech. Phys. Solids 59 758

    [11]

    Moulton D E, Goriely A 2011 J. Mech. Phys. Solids 59 525

    [12]

    Shyer A E, Tallinen T, Nerurkar N L, Wei Z, Gil E S, Kaplan D L, Tabin C J, Mahadevan L 2013 Science 342 212

    [13]

    Xie W H, Li B, Cao Y P, Feng X Q 2014 J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 29 594

    [14]

    Han H C 2008 J. Biomech. 41 2708

    [15]

    Han H C 2009 J. Biomech. 42 2797

    [16]

    Han H C, Chesnutt J K, Garcia J R, Liu Q, Wen Q 2013 Ann. Biomed. Eng. 41 1399

    [17]

    Han H C, Ku D N, Vito R P 2003 Ann. Biomed. Eng. 31 403

    [18]

    Ben Amar M, Goriely A 2005 J. Mech. Phys. Solids 53 2284

    [19]

    Ogden R W 1997 Non-Linear Elastic Deformations (New York: Courier Dover Publications)

    [20]

    Lee A Y, Han B, Lamm S D, Fierro C A, Han H C 2012 Am. J. Physiol. 302 H873

    [21]

    Johnson F P 1910 Am. J. Anatomy 10 521

    [22]

    McLin V A, Henning S J, Jamrich M 2009 Gastroenterology 136 2074

    [23]

    Yasugi S 1993 Dev. Growth Differ. 35 1

    [24]

    Rodriguez E K, Hoger A, McCulloch A D 1994 J. Biomech. 27 455

    [25]

    Jia F, Li B, Cao Y P, Xie W H, Feng X Q 2015 Phys. Rev. E 91 012403

    [26]

    Cai S, Breid D, Crosby A J, Suo Z, Hutchinson J W 2011 J. Mech. Phys. Solids 59 1094

  • [1] 孙思杰, 蒋晗. 各向异性界面动力学对深胞晶生长形态稳定性的影响. 物理学报, 2024, 73(11): 118101. doi: 10.7498/aps.73.20240362
    [2] 刘睿, 黄晨阳, 武耀蓉, 胡静, 莫润阳, 王成会. 声空化场中球状泡团的结构稳定性分析. 物理学报, 2024, 73(8): 084303. doi: 10.7498/aps.73.20232008
    [3] 雷照康, 武耀蓉, 黄晨阳, 莫润阳, 沈壮志, 王成会, 郭建中, 林书玉. 驻波场中环状空化泡聚集结构的稳定性分析. 物理学报, 2024, 73(8): 084301. doi: 10.7498/aps.73.20231956
    [4] 李凡, 张先梅, 田华, 胡静, 陈时, 王成会, 郭建中, 莫润阳. 液体薄层中环链状空化泡云结构稳定性分析. 物理学报, 2022, 71(8): 084303. doi: 10.7498/aps.71.20212257
    [5] 杨雪, 丁大军, 胡湛, 赵国明. 中性和阳离子丁酮团簇的结构及稳定性的理论研究. 物理学报, 2018, 67(3): 033601. doi: 10.7498/aps.67.20171862
    [6] 王转玉, 康伟丽, 贾建峰, 武海顺. Ti2Bn(n=1–10)团簇的结构与稳定性:基于从头算的研究. 物理学报, 2014, 63(23): 233102. doi: 10.7498/aps.63.233102
    [7] 吕瑾, 杨丽君, 王艳芳, 马文瑾. Al2Sn(n=210)团簇结构特征和稳定性的密度泛函理论研究. 物理学报, 2014, 63(16): 163601. doi: 10.7498/aps.63.163601
    [8] 李秀平, 王善进, 陈琼, 罗诗裕. 参数激励与晶体摆动场辐射的稳定性. 物理学报, 2013, 62(22): 224102. doi: 10.7498/aps.62.224102
    [9] 王参军, 李江城, 梅冬成. 噪声对集合种群稳定性的影响. 物理学报, 2012, 61(12): 120506. doi: 10.7498/aps.61.120506
    [10] 张娟, 周志刚, 石玉仁, 杨红娟, 段文山. 修正KP方程及其孤波解的稳定性. 物理学报, 2012, 61(13): 130401. doi: 10.7498/aps.61.130401
    [11] 宋健, 李锋, 邓开明, 肖传云, 阚二军, 陆瑞锋, 吴海平. 单层硅Si6H4Ph2的稳定性和电子结构密度泛函研究. 物理学报, 2012, 61(24): 246801. doi: 10.7498/aps.61.246801
    [12] 金蓉, 谌晓洪. VOxH2O (x= 15)团簇的结构及稳定性研究. 物理学报, 2012, 61(9): 093103. doi: 10.7498/aps.61.093103
    [13] 张秀荣, 吴礼清, 康张李, 唐会帅. OsnN0,±(n=1—6)团簇几何结构与稳定性的理论研究. 物理学报, 2011, 60(5): 053601. doi: 10.7498/aps.60.053601
    [14] 崔健, 罗积润, 朱敏, 郭炜. 休斯结构多间隙耦合腔的稳定性分析. 物理学报, 2011, 60(6): 061101. doi: 10.7498/aps.60.061101
    [15] 欧阳玉, 彭景翠, 王 慧, 易双萍. 碳纳米管的稳定性研究. 物理学报, 2008, 57(1): 615-620. doi: 10.7498/aps.57.615
    [16] 杨吉军, 徐可为. 多晶薄膜表面粗化与生长方式转变. 物理学报, 2007, 56(2): 1110-1115. doi: 10.7498/aps.56.1110
    [17] 杨吉军, 徐可为. 生长初期Ta膜的表面动态演化行为. 物理学报, 2007, 56(10): 6023-6027. doi: 10.7498/aps.56.6023
    [18] 王 岩, 韩晓艳, 任慧志, 侯国付, 郭群超, 朱 锋, 张德坤, 孙 建, 薛俊明, 赵 颖, 耿新华. 相变域硅薄膜材料的光稳定性. 物理学报, 2006, 55(2): 947-951. doi: 10.7498/aps.55.947
    [19] 李 娟, 吴春亚, 赵淑云, 刘建平, 孟志国, 熊绍珍, 张 芳. 微晶硅薄膜晶体管稳定性研究. 物理学报, 2006, 55(12): 6612-6616. doi: 10.7498/aps.55.6612
    [20] 胡昉, 张寒洁, 吕 斌, 陶永升, 李海洋, 鲍世宁, 何丕模, 王学森. Ge在Ru(0001)表面上生长及其性质研究. 物理学报, 2005, 54(3): 1330-1333. doi: 10.7498/aps.54.1330
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-08-04
  • 修回日期:  2016-08-17
  • 刊出日期:  2016-09-05

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