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2013 | OriginalPaper | Buchkapitel

7. On the Occurrence of Elastic Singularities in Compressed Thin Sheets: Stress Focusing and Defocusing

verfasst von : Alain Pocheau

Erschienen in: From Hamiltonian Chaos to Complex Systems

Verlag: Springer New York

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Abstract

Compressing thin sheets usually yields the formation of singularities which focus curvature and stretch on points or lines. In particular, following the common experience of crumpled paper where a paper sheet is crushed in a paper ball, one might guess that elastic singularities should be the rule beyond some compression level. In contrast, we show here that, somewhat surprisingly, compressing a sheet between cylinders makes singularities spontaneously disappear at large compression. This “stress-defocusing” phenomenon is qualitatively explained from scale invariance and further linked to a criterion based on a balance between stretch and curvature energies on defocused states. This criterion is made quantitative using the scalings relevant to sheet elasticity and compared to experiment. These results are synthesized in a phase diagram completed with plastic transitions. They end up with a renewed vision of elastic singularities as a thermodynamic condensed phase where stress is focused, in competition with a regular diluted phase where stress is defocused. Different compression routes may be followed in this diagram by managing differently the two principal curvatures of a sheet, as experimentally achieved here. In practice, besides the famous Elastica and crumpled paper routes, this offers interesting alternatives for compressing a sheet with an amazing spontaneous regularization of geometry and stress that repels the occurrence of plastic damages.

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Metadaten
Titel
On the Occurrence of Elastic Singularities in Compressed Thin Sheets: Stress Focusing and Defocusing
verfasst von
Alain Pocheau
Copyright-Jahr
2013
Verlag
Springer New York
DOI
https://doi.org/10.1007/978-1-4614-6962-9_7