Моделирование деформирования и разрушения фибриллярных структур
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2008.1.3.29Ключевые слова:
Аннотация
В данной работе предлагается двухмерная молекулярно-динамическая модель материала на основе фибрилл. Одиночная фибрилла представляется в виде двухслойной полосы, частицы которой взаимодействуют посредством потенциала Леннарда-Джонса. Для получения материала фибриллы случайным образом добавляются на плоскость и скрепляются в местах пересечения. Для данного материала строится диаграмма деформирования. Показывается, что разрушение происходит при деформации 3-4%, в то время как принятая модель одиночной фибриллы разрушается при деформации примерно 10%. Исследуются зависимости модуля Юнга от случайного начального распределения фибрилл в образце и плотности образца. Показывается, что модуль Юнга отдельных образцов может отличаться почти в 2 раза от среднего значения. При этом среднеквадратическое отклонение составляет порядка 20% и убывает с ростом плотности образца. Модуль Юнга линейно растет с ростом плотности. Вводится параметр, характеризующий упорядоченность фибрилл в одном направлении. Показывается, что модуль Юнга материала в данном направлении увеличивается до 2,5 раз при упорядочивании фибрилл в этом направлении.
Скачивания
Библиографические ссылки
Smith J.F., Knowles T.P.J., Dobson C.M., MacPhee C.E., Welland M.E. Characterization of the Nanoscale Properties of Individual Amyloid Fibrils // PNAS. - 2006. - V. 103, N. 43. - P. 15806-15811. DOI
Fukuma T., Mostaert A.S., Jarvis S.P. Explanation for the Mechanical Strength of Amyloid Fibrils // Tribology Letters. - 2006. - V. 22, N. 3. - P. 233- 237. DOI
Lee C.F. Nanoscale Properties of Amyloid Fibrils: a Theoretical Analysis. - Physics Department, Clarendon Laboratory, Oxford University, Oxford OX1 3PU UK (Preprint). - 2008. - 4p.
Дюков М.И., Сироткин А.К., Грудинин М.П., Киселев О.И. Фибриллогенез инсулина in vitro // ДАН.- 2008. - Т. 419, № 5. - С. 700-702.
James H.M., Guth E. Theory of Elastic Properties of Rubber // J. Chem. Phys. - 1943. - V. 11, N. 10. - P. 455-481. DOI
Arruda E.M., Boyce M.C. A Three-Dimensional Constitutive Model for the Large Stretch Behavior of Rubber Elastic Materials // J. Mech. Phys. Solids. - 1993. - V. 41, N. 2. -P. 389-412. DOI
Wu P.D., Van der Giessen E. On Improved Network Models for Rubber Elasticity and Their Applications to Orientation Hardening Glassy Polymers // J. Mech. Phys. Solids. - 1993. - V. 41, N. 3. - P. 427-456. DOI
Flory P.J., Rehner J. Statistical Mechanics of Cross-Linked Polymer Networks // J. Chem. Phys. - 1943. - V. 11, N. 11. - P. 512-520. DOI
Bischoff J.E., Arruda E.M., Grosh K. Finite Element Modeling of Human Skin Using an Isotropic, Nonlinear Elastic Constitutive Model // J. Biomechanics, - 2000. - V. 33. - P. 645-652. DOI
Bischoff J.E., Arruda E.M., Grosh K. A Microstructurally Based Orthotropic Hyperelastic Constitutive Lay // J. Appl. Mech. - 2002. - V. 69. - P. 570-579. DOI
Kuhl E., Garikipati K., Arruda E.A., Grosh K. Remodeling of Biological Tissue - Mechanically Induced Reorientation of a Transversely Isotropic Chain Network // J. Mech. Phys. Sol. - 2005. - V. 53. - P. 1552-1573. DOI
Head D.A., Levine A.J., MacKintosh F.C. Distinct Regimes of Elastic Response and Deformation Modes of Cross-Linked Cytoskeletal and Semiflexible Polymer Networks // Phys. Rev. E. - 2003. - V. 68. - P. 061907. DOI
Head D.A., Levine A.J., MacKintosh F.C. Mechanical Response of Semiflexible Networks to Localized Perturbations // Phys. Rev. E. - 2005. - V. 72. - P. 061914. DOI
Allen M.P., Tildesley A. K. Computer Simulation of Liquids. - Oxford: Clarendon Press, 1987. - 385 p.
Berendsten H.J.C., Van Gunsteren W.F. Practical Algorithms for Dynamic Simulations. Molecular Dynamics Simulation of Statistical Mechanical Systems // Proc. of 97th Enrico Fermi Summer School (Eds. Ciccotti G., Hoover W.G.) Verenna, North-Holland, Amsterdam. - 1985. - P. 43-65.
Кривцов А.М. Деформирование и разрушение твердых тел с микроструктурой. - М.: Физматлит, 2006. - 301с.
Nguyen H.D., Hall C.K., Prausnitz J. M. Molecular Dynamics Simulations of Spontaneous Fibril Formation by Random-Coil Peptides // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2004. - V. 101, N. 46. - P. 16180-16185. DOI
Кривцов А.М., Морозов Н.Ф. Аномалии механических свойств наноразмерных объектов // ДАН. - 2001. - Т. 381, № 3. - С. 345-347.
Иванова Е.А., Кривцов А.М., Морозов Н.Ф. Особенности расчета изгибной жесткости нанокристаллов // ДАН. - 2002. - Т. 385. № 4. - С. 494-496.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2008 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.