Evolution of instabilities in filament buckling processes

Abstract

En este trabajo estudiamos el proceso de pandeo dinámico de un filamento delgado inmerso en un medio altamente viscoso. Realizamos un estudio experimental para rastrear la evolución de la forma del filamento durante una compresión a velocidad constante. Las simulaciones numéricas reproducen las características dinámicas observadas a partir de los datos experimentales y permiten cuantificar la carga del filamento. Observamos que tanto la carga del filamento como el número de onda evolucionan de manera gradual. Para lograr una visión física del proceso, aplicamos un modelo teórico para describir el pandeo de un filamento en un medio viscoso. Resolvemos una ecuación hidrodinámica en términos de modos normales para condiciones de contorno sujetas-sujetas y carga aplicada constante. Encontramos una buena concordancia entre los datos experimentales y las simulaciones, lo que sugiere que el modelo mecanicista propuesto captura las características esenciales subyacentes al proceso de pandeo dinámico.

In this work we study the dynamical buckling process of a thin filament immersed in a highly viscous medium. We perform an experimental study to track the shape evolution of the filament during a constant velocity compression. Numerical simulations reproduce the dynamical features observed from the experimental data and allow quantifying the filament's load. We observe that both the filament's load and the wave number evolve in a stepwise manner. In order to achieve a physical insight of the process, we apply a theoretical model to describe the buckling of a filament in a viscous medium. We solve a hydrodynamic equation in terms of normal modes for clamped-clamped boundary conditions and constant applied load. We find a good agreement between experimental data and simulations, suggesting that the proposed mechanistic model captures the essential features underlying the dynamical buckling process.

Neste trabalho, estudamos o processo de flambagem dinâmica de um filamento fino imerso em um meio altamente viscoso. Realizamos um estudo experimental para rastrear a evolução da forma do filamento durante uma compressão de velocidade constante. Simulações numéricas reproduzem as características dinâmicas observadas a partir dos dados experimentais e permitem quantificar a carga do filamento. Observamos que tanto a carga do filamento quanto o número de onda evoluem de forma gradual. A fim de obter uma compreensão física do processo, aplicamos um modelo teórico para descrever a flambagem de um filamento em um meio viscoso. Resolvemos uma equação hidrodinâmica em termos de modos normais para condições de contorno clamped-clamped e carga aplicada constante. Encontramos uma boa concordância entre os dados experimentais e as simulações, sugerindo que o modelo mecanístico proposto captura as características essenciais subjacentes ao processo de flambagem dinâmica.