粘彈性（英語：Viscoelasticity）是黏性流體與彈性固體的特性組合，一般來說粘性是液體的，彈性是固體的性質。兩者表示各自的變形的難易度。對粘彈性來說，即使撤銷力也不馬上返回，而是慢慢地恢復原狀。
確定粘彈性結構的這種滯後穩定性具有相當大的挑戰性，因為看似穩定的構型可能會逐漸蠕變，即材料在應力作用下的塑性變形隨時間的變化，而失去其穩定性。目前科學家只能通過數值模擬來大概預測未來的穩定性。粘性滯後蠕變結構的穩定性研究在火箭發射防爆炸、原子能發電站防洩漏、地震餘震預測中具有特別重要的意義。
在最近一期的《科學進展》上的一篇論文中，以色列科學家們通過其不斷開發的「瞬時參考度量」來描述粘彈性固體，以測量彈性應變。在這項工作中得出的直接的方法用於不可壓縮的粘彈性固體，將未來穩定性的問題簡化為僅通過靜態計算。通過彈性薄殼中延遲不穩定性的細微機理證明了該方法的預測能力，與實驗結果一致。
自然爬行運動
研究人員仍在認知粘彈性在地震餘震中的作用，這是因為缺乏可預測此類系統未來穩定性的預測理論框架。材料中緩慢的粘彈性流動會導致系統不穩定，從而導致內部存儲的彈性能突然釋放。儘管科學家可以確定控制粘彈性行為的變量，但對粘彈性流體中延遲不穩定性的機制仍知之甚少。在這項工作中，研究人員通過使用度量共線性定量地描述，解決了粘彈性不穩定性的特徵。
如圖所示度量共線性。對應於可實現的配置（粗實線）的度量的子集，限制並執行度量g的最小化（用黑色實心圓圈標記）。這些度量尤其是方向性保持和歐幾裡得的。給定一個瞬時參考度量g（用一個完整的灰色圓圈標記），根據瞬時彈性能量給出的距離函數，實現的度量將對應於從可允許度量到g的最接近點。從靜止開始，g′從g′0（用紅色圓圈標記）向g演化，由於這三個度量的共線性，g仍然是最接近g的允許度量。當g保持靜止時，g的演化將保持共線性，漸近地接近於g stat（以空心圓標記），它也是共線性的。值得強調的是，在整個演化過程中，g保持不變；因此，儘管應力鬆弛，也不會觀察到構造的變化。
表徵彈性體材料中的蠕變運動
該團隊將材料的行為描述為相對於隨時間變化的測試長度的快速彈性響應，該測試長度可能因緩慢的粘彈性流動而發生變化。他們解釋了材料中的微觀響應，並預測了無約束粘彈性結構的未來穩定性。 通過複雜的應變速率和應力鬆弛函數的計算，解釋了線性粘彈性材料的所有關係，然後推導了一維系統的數學關係。其中一些取決於材料特性，例如楊氏模量和泊松比。瞬時增量變形會導致線性應力增加，從而使材料產生純彈性響應。因此，科學家消除了系統的慣性，並將材料的運動近似為在彈性平衡狀態之間演化的準狀態。結果，給定的瞬時參考度量可以產生多個彈性穩定的配置。
如圖所示粘彈性參考長度的演變。在靜止狀態下，物體的三個長度量度：測量長度g（標記為紅色）、瞬時參考長度g（標記為灰色）、和靜止參考長度g′0（標記為黑色）都相等。當經受恆定的位移擴展時，瞬時參考長度從靜止長度向著當前假定的長度發展，從而導致應力鬆弛。它漸近地接近穩態g′stat =βg+（1-β）g′0，其中初始應力減小了1-β倍。釋放後，不受約束的系統會立即採用其偏愛的瞬時參考長度，而該參考長度又會逐漸向其餘長度蔓延。
通過度量描述的粘彈性不穩定性
材料的隨時間變化的瞬時參考度量可以通過這種方式演變為獲取新的穩定構型，合併現有的穩定點或導致穩定的彈性構型失去穩定性。在後一種情況下，緩慢的粘彈性演化將緊隨其後，即迅速突顯了預測粘彈性結構穩定性的主要困難。此功能稱為臨時雙穩態、偽雙穩態或蠕變屈曲。為了使不可壓縮的線性粘彈性固體蠕變成不穩定性，必須進行兩個不同的過程。首先，彈性穩定狀態將通過一定量的外部載荷在一定時間內通過粘彈性鬆弛獲得穩定性。然後，隨著外部載荷的去除，結構將呈現新獲得的穩定狀態，並伴隨著粘彈性蠕變而導致不穩定性。但是，獲得的穩定狀態是臨時瞬態的。
研究人員通過一個粘彈性錐研究，（a）截去一部分圓錐形外殼，（b）為對稱軸和圓錐形殼體的單個截面的橫截面圖。
然後用所開發的粘彈性的度量描述來提供控制粘彈性結構穩定性的機理圖，如圖所示粘彈性穩定性圖的實驗驗證。
實驗結果
在這項工作中進行的計算揭示了粘彈性不穩定性的許多定性特徵。然後，科學家通過實驗檢查矽橡膠圓錐形波普爾的響應，測試了該理論的定量預測。為此，他們將矽橡膠膨化器澆鑄成截頭圓錐形外殼，以更簡單地控制材料的厚度。隨著厚度的增加，雙穩態性降低，然後在某個時間點，彈出式吸嘴立即彈回。科學家生產了50種不同幾何形狀的圓錐形膨體，並測試了它們的相，以實驗確定粘彈性質的相界。
該研究工作與以前關於彈塑性的研究相似。度量理論可以應用於各向同性不可壓縮的粘彈性固體，為粘彈性不穩定性提供了基本規則。給定的結構蠕變到不穩定狀態，應在將結構保持在外部載荷下的時間框架內進行蠕變。該理論在描述薄彈性殼體中的延遲不穩定性方面特別有用，這些結果將能夠揭示粘彈性在引發延遲地震餘震中的作用，從而所提出的度量描述將為理解延遲的粘彈性不穩定性提供理論框架。
參考：
1. Predicting delayed instabilities in viscoelastic solids, Science Advances(2020). DOI: 10.1126/sciadv.abb2948
2. How the Venus flytrap snaps, Nature. DOI: 10.1038/nature03185
3. Critical slowing down in purely elastic 'snap-through' instabilities, Nature Physics. DOI: 10.1038/nphys3915