研究

动态断裂

固体承受机械力的能力是它们的基本特性之一。当一个固体被外部加载时,它的整体能量会通过破碎而减少,即通过创造新的自由表面而不是继续存储机械能。这些破坏过程的主要载体是裂纹,这是非平衡传播耗散结构。裂缝是在极端条件下探测材料行为的“天然实验室”,因为它们的尖端集中了接近数学奇点的应力和应变。此外,裂纹扩展涉及许多相互作用的时间和长度尺度,从大尺度的线弹性强迫到小尺度的强非线性和裂纹尖端附近的耗散。

山地景观,直观地表示摩擦系统中滑动事件(“地震”)统计的复杂性。

滑动摩擦物理学

摩擦界面的物理是物理、生物、工程和地球物理系统的核心,从爬行细胞到地震断层。然而,当两个可变形的宏观物体相对于另一个物体移动时,对界面摩擦本构律和时空动力学的基本理解目前还缺乏。此外,新的实验室和地球物理观测揭示了新的摩擦现象,如缓慢破裂,这些现象还没有得到很好的理解。在更基本的层面上,摩擦界面提出了关于强烈非平衡物理和低维物体在物理系统宏观响应中所扮演的角色的基本问题。

应力纤维(红色)

生物物理学和细胞力学

我们全身的细胞不断地与它们的微环境相互作用。虽然生物化学交流已经被广泛研究了很长时间,但机械相互作用的重要性(即细胞应用、感知和响应力的能力)直到最近才被认识到。精确的力学条件,从亚细胞水平到器官规模,对组织发育、功能、重塑和愈合至关重要。然而,理解活细胞对机械信号反应的机制和过程的确切性质——细胞机械敏感性——在很大程度上仍然是一个基本的开放问题。

不可逆塑性变形

固体不可逆变形的能力,即塑性变形,对人类非常重要。然而,我们对非晶态和严重位错固体的塑性变形的物理学的基本理解相当有限。这些领域的最终理论挑战是为非晶态和严重位错的固体建立运动的动力学方程——类似于纳维尔-斯托克斯方程。基于对非晶态材料理解的进步,通过详细的实验和计算机模拟,我们最近扩展了原始的剪切转换区(STZ)理论,使其符合上面讨论的内变量、有效温度非平衡热力学。此外,我们最近探索了这一热力学框架对严重错位多晶固体应变硬化理论的影响