The use of layer jamming materials has promising applications in soft robotics and vibration control, where there is a need to have materials that can change their properties in situ. However, there is limited research on analytically modeling the plastic deformation response of layer jamming materials attributed to the level of cohesion between layers that controls the shear resistance to achieve variable mechanical properties in shear and bending deformation modes. In this paper, we present and validate a model for engineering layer jamming materials with programmable elastic-plastic properties. The model is validated using Digital Image Correlation (DIC) displacement measurements to track layer decohesion for the following test scenarios: (i) variable vacuum pressure, (ii) variable layered material, and (iii) variable transverse symmetry. To illustrate the utility of the model, we conducted a sensitivity study on a multi-material layer jamming specimen to identify the critical regions of a beam where greater interfacial adhesion can enhance the resistance of the beam to plastic deformation. The layer decohesion measurements are consistent with existing knowledge that for laminated materials, layer decohesion will initiate towards the free edge. However, it contradicts a previous assertion that in layer jamming materials, decohesion would initiate at the fixed end. With this model, we have a better understanding of how to design layer jamming materials to improve the performance of structures through variable compliance, load bearing capacity, and energy absorption.

中文翻译：

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用于设计具有可编程弹塑性行为的工程材料的层干扰特性和建模

层干扰材料的使用在软机器人和振动控制中具有广阔的应用前景，这些领域需要能够原位改变其特性的材料。然而，由于层间内聚力水平控制剪切阻力以在剪切和弯曲变形模式下实现可变机械性能，因此对层堵塞材料的塑性变形响应进行分析建模的研究有限。在本文中，我们提出并验证了具有可编程弹塑性特性的工程层干扰材料模型。该模型使用数字图像相关 (DIC) 位移测量进行验证，以跟踪以下测试场景的层解聚力：(i) 可变真空压力，(ii) 可变层状材料，以及 (iii) 可变横向对称性。为了说明该模型的实用性，我们对多材料层干扰试样进行了敏感性研究，以确定梁的临界区域，在这些区域较大的界面粘附可以增强梁对塑性变形的抵抗力。层分离测量与现有知识一致，即对于层压材料，层分离将向自由边缘发起。然而，它与之前的断言相矛盾，即在层状干扰材料中，分离将在固定端开始。有了这个模型，我们可以更好地理解如何设计层卡塞材料，通过可变柔量、承载能力和能量吸收来提高结构的性能。我们对多材料层干扰试样进行了敏感性研究，以确定梁的关键区域，在这些区域，更大的界面粘附可以增强梁对塑性变形的抵抗力。层分离测量与现有知识一致，即对于层压材料，层分离将向自由边缘发起。然而，它与之前的断言相矛盾，即在层状干扰材料中，分离将在固定端开始。有了这个模型，我们可以更好地理解如何设计层卡塞材料，通过可变柔量、承载能力和能量吸收来提高结构的性能。我们对多材料层干扰试样进行了敏感性研究，以确定梁的关键区域，在这些区域，更大的界面粘附可以增强梁对塑性变形的抵抗力。层分离测量与现有知识一致，即对于层压材料，层分离将向自由边缘发起。然而，它与之前的断言相矛盾，即在层状干扰材料中，分离将在固定端开始。有了这个模型，我们可以更好地理解如何设计层卡塞材料，通过可变柔量、承载能力和能量吸收来提高结构的性能。层分离测量与现有知识一致，即对于层压材料，层分离将向自由边缘发起。然而，它与之前的断言相矛盾，即在层状干扰材料中，分离将在固定端开始。有了这个模型，我们可以更好地理解如何设计层卡塞材料，通过可变柔量、承载能力和能量吸收来提高结构的性能。层分离测量与现有知识一致，即对于层压材料，层分离将向自由边缘发起。然而，它与之前的断言相矛盾，即在层状干扰材料中，分离将在固定端开始。有了这个模型，我们可以更好地理解如何设计层卡塞材料，通过可变柔量、承载能力和能量吸收来提高结构的性能。