粘弹性薄壳在压强载荷作用下可以表现出丰富且与加载率有关的屈曲行为，而“伪双稳态”现象就是其中之一。该现象表现为被翻转的粘弹性壳，在移除外加载荷后，会保持翻转构型一段时间后再回弹。尽管很多学者从数值计算和实验等方面对此现象进行了研究，但并未揭示伪双稳态背后的机理。为此，本研究采用粘弹性壳模型对整个过程进行分析。该模型是将小应变、大转动的壳理论和三单元线性粘弹性本构模型相结合而成，可应用于任何回转对称的粘弹性薄壳结构。我们以粘弹性椭球壳作为算例，成功捕捉到了该壳结构在瞬时压强载荷下屈曲翻转，接着在恒定压强载荷下蠕变，在去除压强载荷后保持翻转构型一段时间后，最终回弹至初始构型的伪双稳态现象（图1）。同时，通过求解整个过程中的瞬时压强-体积关系，揭示出伪双稳态现象背后，壳由单稳态变为暂时的双稳态，最后又回到单稳态的稳定性演变过程。本研究还讨论了壳的几何尺寸、粘弹性材料属性以及加载历史对粘弹性壳延迟回弹行为的影响。研究表明，几何尺寸越接近双稳态壳，粘性系数越大，在恒定压强载荷下蠕变时间越长，延迟回弹现象就会越明显。最后，将具有不同回弹时间的粘弹性壳单元按阵列排布，构建出形貌图案及摩擦力按照预定时序变化的功能表面。

图1 伪双稳态现象示意图

相关论文发表如下：

1.Yuzhen Chen, Tianzhen Liu, and Lihua Jin*. "Pseudo-bistability of viscoelastic shells." Philosophical Transactions of the Royal Society A 381, no. 2244 (2023): 20220026.

2.Yuzhen Chen, Tianzhen Liu, and Lihua Jin*. "Spatiotemporally programmable surfaces via viscoelastic shell snapping." Advanced Intelligent Systems 4, no. 9 (2022): 2100270.