Анализ устойчивости растянутой нити полимерного геля

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Проанализирована устойчивость предварительно растянутой и фиксированной за концы цилиндрической нити слабо сшитого полимерного геля относительно варикозных возмущений. Исследовано влияние на динамику возмущений капиллярных сил, упругости геля и взаимодействий и сформулирован критерий возникновения неустойчивости нити. Выведено дисперсионное уравнение и на его основе найдена наиболее быстро растущая мода возмущений, а также определена ее скорость роста в зависимости от макроскопических характеристик геля и радиуса нити.

Full Text

Restricted Access

About the authors

А. В. Субботин

Инстинут нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук; Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук

Author for correspondence.
Email: subbotin@ips.ac.ru
Russian Federation, 119991, Москва, Ленинский пр., 29; 119071, Москва, Ленинский пр., 31

А. Н. Семенов

Université de Strasbourg

Email: subbotin@ips.ac.ru
France, 23, rue du Loess, BP 8404767034, Strasbourg, Cedex 2

References

  1. Eggers J., Villermaux E. // Rep. Prog. Phys. 2008. V. 71. P. 036601.
  2. Bazilevskii A.V., Voronkov S.I., Entov V.M., Rozhkov A.N.// Sov. Phys. Dokl. 1981. V.26. P. 333.
  3. McKinley G.H. Rheologycal Review. Aberystwyth: The British Society of Rheology, 2005. P. 1.
  4. Stelter M., Brenn G., Yarin A. L., Singh R.P., Durst F. // J. Rheol. 2000. V. 44. P. 595.
  5. Stelter M., Brenn G., Yarin A.L., Singh R.P., Durst F. // J. Rheol. 2002. V. 46. P. 507.
  6. Bazilevskii A.B., Rozhkov A.N. // Fluid Dynamics.. 2014. V. 49. P. 827.
  7. Oliveira M.S.N., McKinley G.H. // Phys. Fluids. 2005. V. 17. P. 071704.
  8. Sattler R., Wagner C., Eggers J. // Phys. Rev. Lett. 2008. V. 100. P. 164502.
  9. Bazilevskii A.V., Rozhkov A.N. // Fluid Dynamics. 2015. V. 50. P. 800.
  10. Sattler R., Gier S., Eggers J., Wagner C. // Phys. Fluids. 2012. V. 24. P. 023101.
  11. Deblais A., Velikov K.P., Bonn D. // Phys. Rev. Lett. 2018. V. 120. P. 194501.
  12. Kuzin M.S., Skvortsov I.Yu., Gerasimenko P.S., Subbotin A.V., Malkin A.Ya. // J. Mol. Liq. 2023. V. 392. P. 123516.
  13. Kibbelaar H.V.M., Deblais A., Burla F., Koenderink G.H., Velikov K.P., Bonn D. // Phys. Rev. Fluids. 2020. V. 5. P. 092001(R).
  14. Dinic J., Zhang Y., Jimenez L.N., Sharma V. // ACS Macro Lett. 2015. V. 4. P. 804.
  15. Malkin A.Ya., Semakov A.V., Skvortsov I.Yu., Zatonskikh P., Kulichikhin V.G., Subbotin A.V., Semenov A.N. // Macromolecules. 2017. V. 50. P. 8231.
  16. Dinic J., Sharma V., // PNAS. 2019. V. 116. P. 8766.
  17. Arnolds O., Buggisch H., Sachsenheimer D., Willenbacher N. // Rheol. Acta. 2010. V. 49. P. 1207.
  18. Yarin A.L. Free Liquid Jets and Films: Hydrodynamics and Rheology. New York: Wiley, 1993.
  19. Entov V.M., Hinch E.J. // J. Non-Newtonian Fluid Mech. 1997. V. 72. P. 31.
  20. Clasen C., Eggers J., Fontelos M.A., Li J., McKinley G.H. // J. Fluid Mech. 2006. V. 556. P. 283.
  21. Deblais A., Herrada M.A., Eggers J., Bonn D. // J. Fluid Mech. 2020. V. 904, P. R2.
  22. Eggers J., Herrada M.A., Snoeijer J.H. // J. Fluid Mech. 2020, V. 887. P. A19.
  23. Semenov A., Nyrkova I. // Polymers. 2022. V. 14. P. 4420.
  24. Subbotin A.V., Semenov A.N. // Macromolecules. 2022. V. 55. P. 2096.
  25. Subbotin A.V., Nyrkova I.A., Semenov A.N. // Polymer Science C., 2023. V. 65. № 1. P. 11.
  26. Bazilevskii A.V., Entov V.M., Rozhkov A.N. // Polymer Science A. 2001. V. 43. № 7. P. 716.
  27. Dinic J., Jimenez L.N., Sharma V. // Lab. Chip. 2017. V. 17. P. 460.
  28. Keshavarz B., Sharma V., Houze E.C., Koerner M.R., Moore J.R., Cotts P.M., Threlfall-Holmes P., McKinley G.H. // J. Non-Newtonian Fluid Mech. 2015. V. 222. P. 171.
  29. Tirtaatmadja V., McKinley G.H., Cooper-White J.J. // Phys. Fluids. 2006. V. 18. P. 043101.
  30. Sur S., Rothstein J. // J. Rheol. 2018. V. 62. P. 1245.
  31. Subbotin A.V., Semenov A.N. // J. Rheol. 2023. V. 67. P. 1091.
  32. Subbotin A.V., Semenov A.N. // J. Rheol. 2023. V. 67. P. 53.
  33. Barrière B., Sekimoto K., Leibler L. // J. Chem. Phys. 1996. V. 105. P. 1735.
  34. Snoeijer J.H., Pandey A., Herrada M.A., Eggers J. // Proc. Roy. Soc. A. 2020. V. 476. P. 20200419.
  35. Mora S., Phou T., Fromental J.M., Pismen L.M., Pomeau Y. // Phys. Rev. Lett. 2010. V. 105. P. 214301.
  36. Xuan C., Biggins J. // Phys. Rev. E. 2017. V. 95. P. 053106.
  37. Pandey A., Kansal M., Herrada M.A., Eggers J., Snoeijer J. H. // Soft Matter. 2021. V. 17. P. 5148.
  38. Fong H., Chun I., Reneker D.H. // Polymer. 1999. V. 40. P. 4585.
  39. Yu J.H., Fridrikh S.V., Rutledge G.C. // Polymer. 2006. V. 47. P. 4789.
  40. Helgeson M.E., Grammatikos K.N., Deitzel J.M., Wagner N.J. // Polymer. 2008. V. 49. P. 2924.
  41. Carroll C.P., Joo Y.L. // J. Non-Newt. Fluid Mech. 2008. V. 153. P. 130.
  42. Wang C., Hashimoto T., Wang Y., Lai H.-Y., Kuo C.-H. // Macromolecules. 2018. V. 51. P. 4502.
  43. Kulichikhin V.G., Skvortsov I.Yu., Subbotin A.V., Kotomin S.V., Malkin A.Ya. // Polymers. 2018. V. 10. № 8. P. 856.
  44. Skvortsov I. Yu., Kuzin M.S., Gerasimenko P.S., Patsaev T.D., Subbotin A.V. Kulichikhin V.G. // Phys. Fluids. 2024. V. 36. P. 083117.
  45. Entov V.M. // Arch. Mechanics. 1978. V. 30. № 4–5. P. 453.
  46. Bazilevskii A.V., Entov V.M., Rozhkov A.N. // Fluid Dynamics. 1985. V. 20. P. 169.
  47. Lifshits I.M., Grosberg A.Yu., Khokhlov A.R. // Rev. Mod. Phys. 1978. V. 50. P. 683.
  48. Гросберг А.Ю., Хохлов А.Р. Статистическая физика макромолекул. М.: Наука, 1989.
  49. Kamiyama Y., Tamate R., Hiroi T., Samitsu S., Fujii K., Ueki T. // Sci. Adv. 2022. V. 8. P.eadd0226.
  50. Peng Y.-H., Hsiao S.-K., Gupta K., Ruland S., Auernhammer G.K., Manfred F., Maitz M.F., Boye S., Lattner J., Gerri C., Honigmann A., Werner C., Krieg E. // Nature Nanotechnol. 2023. V. 18. P. 1463.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. A polymer gel filament of length L and radius a (L >> a) that is pre-stretched and fixed at the ends. Colour drawings can be viewed in the electronic version.

Download (5KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Dependence of the reduced wave vector y* corresponding to the maximum growing mode on the parameter α (a) and the reduced maximum growth rate Γ as a function of α (b).

Download (22KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependences of the reduced wave vector y* and the corresponding maximum growth rate Γ on θ for α << 1.

Download (11KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Graph of the dimensionless wave vector y = yst (θ) when Γ = 0, α → ∞ and θ > 2.

Download (8KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences