Microscopic model for a granular solid-liquid-like phase transition
CEA Saclay（法国原子能和替代能源委员会萨克雷中心）
本文提出一个微观模型，将振动颗粒系统中的固体团簇视为零恢复系数有效粒子，并结合两相力学平衡与全局功率方程，成功解释了准二维颗粒固-液相变与共存现象，预测与实验及模拟结果吻合良好。
2025-11-05 cond-mat.soft
Microscopic foundation of the $μ$(I) rheology for dense granular flows on inclined planes
利用离散元法模拟了无摩擦和有摩擦颗粒沿斜面流下的致密颗粒层的宏观和微观特性。三个基本的观察致密颗粒流的恢复，即发生的临界应力，Bagnold速度分布，以及定义明确的摩擦和摩擦定律。晶粒运动的微观方面突出了瞬态团簇的形成。从这个微观的图片，我们推导出一个理论的缩放模型，没有任何经验的输入，定量地解释了倾斜平面和剪切几何形状的致密颗粒流的基本规律。模型和观测结果之间的适当性表明，颗粒流可以被看作是从硬球的热流体的流动。
2022-10-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Momentum Transport in Granular Flows
我们调查的错误只考虑硬球颗粒物质的动量输运中的二元碰撞，是在动力学理论。在这个过程中，我们首先提出了一个一般的微观推导的动量输运方程，并比较它的动力学理论推导，这依赖于二进制碰撞假设。这两个推导产生不同的应力张量的微观表达式，我们使用模拟进行比较。这提供了一个定量约束的制度，其中二进制碰撞占主导地位的动量输运，并揭示了最现实的颗粒流发生在该地区的相空间中的二进制碰撞假设不适用。
2006-02-10 cond-mat.soft
Spanning the Scales of Granular Materials: Microscopic Force Imaging
如果你走在沙滩上，它会支撑你的体重。沙子中颗粒之间的无序力量是如何组织起来的，以防止你下沉？这个简单的问题在实验上很难回答：测量深埋晶粒之间的三维力是一项挑战。我们在这里描述的实验中，我们已经成功地测量内的颗粒填料受到控制变形的力量。我们通过平均、平均场计算将测量的微观尺度力与宏观尺度包装力响应联系起来。该计算解释了填料结构和接触变形的组合如何产生填料的意外机械响应，并揭示了令人惊讶的微观颗粒变形增强机制。
2014-08-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A microscopic picture of erosion and sedimentation processes in dense granular flows
重力驱动的颗粒物质流涉及各种各样的情况，从工业过程到地球物理现象，如雪崩或滑坡。这些流动的特点是固体和流体相共存，其稳定性直接关系到发生在固体-流体界面的侵蚀和沉积。为了描述这些机制，我们建立了一个微观模型，涉及摩擦，几何形状，以及从碰撞传播中出现的非局部协同性。这个新的图像使我们能够获得流体和固体之间的交换的详细描述。该模型预测的相图，包括侵蚀，沉积和静止流制度，在定量协议与实验和离散元方法模拟。
2020-06-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Contact tribology also affects the slow flow behavior of granular emulsions
最近的研究表明，接触力学在悬浮液流动动力学中起着重要作用。分散体中颗粒物质之间的接触机制应敏感地取决于分散相的组成：显然，乳液液滴与角状砂粒之间的相互作用不同。因此，我们要问：接触力学在分散介质流动中的作用是什么？我们专注于缓慢的流动，接触是持久的，因此接触力学效应应该是最明显的。为了回答我们的问题，我们合成了具有不同摩擦系数的软水凝胶颗粒。通过使颗粒变软，我们可以在有限的围压下以所有的驱动速率驱动它们。对于具有低摩擦系数的颗粒，我们获得类似于乳液的流变性，但有效摩擦比从其微观接触力学预期的大得多。增加颗粒的摩擦系数，我们发现悬浮液中的流动不稳定性。悬浮颗粒的微观摩擦系数对颗粒层的流动和波动也有很大的影响。我们的“颗粒乳液”的特定流变学提供了进一步的证据，更好地理解微观颗粒相互作用是广泛的相关性分散介质流动。
2018-10-19 cond-mat.soft
How granular materials deform in quasistatic conditions
基于模型粒状材料的准静态变形的数值模拟，两个流变制度的区别，根据宏观应变是否仅仅反映微观材料应变内的晶粒在其接触区域（I型应变），或导致在微观水平上的不稳定性和接触网络重排（II型应变）。我们讨论的发生制度I和II的模拟模型材料制成的磁盘（2D）或球体（3D）。在单调试验（如三轴压缩）中，从状态I到状态II的过渡既不同于弹性限度，也不同于屈服阈值。这两种类型的响应之间的区别被证明是至关重要的敏感性接触级力学，相关的变量和尺度要考虑在微观力学方法，能量平衡和可能发生的宏观不稳定性
2010-11-10 cond-mat.soft
A Unified Glassy Rheology for Granular Matter
School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学物理与天文学院）；College of Physics, Chengdu University of Technology（成都理工大学物理学院）；Med-X Research Institute and School of Biomedical Engineering, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学Med-X研究院与生物医学工程学院）；School of Physics, East China Normal University（华东师范大学物理系）；Jiangsu First-Imaging Medical Equipment Co., Ltd.（江苏首影医疗设备有限公司）；State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection, Chengdu University of Technology（成都大学地质灾害防治与地质环境国家重点实验室）
本文通过高分辨率X射线断层扫描研究密集颗粒流的微观动力学，建立基于结构弛豫的统一本构定律，解决了传统μ(I)黏弹性理论的难题，并揭示了颗粒流与硬球液体的内在类比。
2026-04-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
X-ray tomography investigation of cyclically sheared granular materials
利用X射线层析成像和剪切力测量相结合的方法，对具有高瞬态行为的循环剪切颗粒系统进行了研究，得到了剪切循环过程中微观结构和宏观剪切力的演化规律.我们从微观过程解释了系统的宏观行为，包括粒子级结构重排和摩擦接触变化。具体而言，我们展示了如何接触摩擦可以诱导大的结构波动，并导致显着的剪切阻尼效应的颗粒材料，我们还构建了一个经验的宏观剪切力的本构关系。
2020-10-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Arch-based configurations in the volume ensemble of static granular systems
我们提出了另一种方法来计算重力下考虑拱的颗粒包的微观静态配置。这种策略简化了过滤掉机械不稳定的配置的问题，为通过系综理论研究一系列颗粒模型开辟了道路。根据这种拱为基础的方法，我们已经获得了精确的状态密度的二维非相互作用刚性拱模型的颗粒集合。计算出的拱形尺寸分布和体积波动与现实的模拟挖掘颗粒床定性协议。我们还通过与准一维无摩擦圆盘柱极限情况的解析解进行比较来验证我们的计算。
2014-11-27 cond-mat.soft
Particle Scale Dynamics in Granular Impact
我们进行了实验研究颗粒的影响，入侵者从上面的光弹性磁盘的二维床罢工。高速视频捕捉入侵者的动态和当地的颗粒力响应，允许调查在这个过程中的颗粒尺度机制。我们观察到丰富的声学行为在入侵者的前沿，强烈波动的空间和时间，我们表明，这种声学活动控制入侵者减速，包括在短时间尺度的大的力波动。平均入侵者动态匹配以前的研究使用经验力定律，提出了一个新的微观图片，其中声能被带走和消散。
2012-12-05 cond-mat.soft
Dynamically induced effective interaction in periodically driven granular mixtures
通过分子动力学模拟，探讨了在振荡水平剪切作用下粒状混合物中动力学不稳定性和偏析模式的微观起源。这原来是有吸引力的，在短距离和强烈的各向异性，与较长范围的排斥肩膀沿振荡的方向。这一特征解释了系统丰富的现象，包括偏析和条纹斑图形成。最后，我们表明，修改后的Cahn-Hilliard方程，考虑到有效相互作用的特点，是能够描述的混合动力学。
2006-04-06 cond-mat.soft
The nature of quasistatic deformation in granular materials
在准静态条件下，粒状材料在变应力下的应变源于（I）接触变形和（II）接触网络的重排。根据样品历史和施加的载荷，任一机制都可能占主导地位。因此，可以相应地定义流变状态I和II。它们的性能，并说明在这里与离散的数值模拟结果的球填料。理解应变的微观物理起源使人们能够澄清宏观弹性的存在、大系统极限中应力应变关系的方法以及对噪声的敏感性等问题。
2009-01-15 cond-mat.soft
Friction law and hysteresis in granular materials
颗粒物质的宏观摩擦力往往会随着流速的增加而减弱，从而导致潜在的灾难性间歇现象，包括地震和山体滑坡。我们从理论上和数值模拟研究这种现象在简单的颗粒材料。我们表明，速度减弱，对应于一个非单调的行为，在摩擦法$μ(I)$，是存在的，即使动态和静态微观摩擦系数是相同的，但消失较软的颗粒。我们认为，这种不稳定性是由内源性的噪声，这往往使接触滑动，导致更快的流动和噪声增加。我们发现，软点，或在材料中的可激发区域，对应于滚动接触，即将滑动，其密度是由一个非平凡的指数$θ_s$。我们建立了一个微观理论的非单调性的$μ(I)$，这也预测的标度行为的声学噪声，滑动接触$χ$和滑动速度的分数，在$θ_s$。令人惊讶的是，当粒子变得无限硬时，这些量没有限制，正如数值所证实的那样。我们的分析合理化以前无法解释的意见，并提出新的实验验证的预测。
2017-11-13 cond-mat.soft
Hidden Invariants in Rheology: The Persistent Granular Nature of Liquids
本文将使用的参数来自变形驱动的混合组件，特别是重要的微流体，以表明标准的不变量为基础的方法，流变学是缺乏的。它示出的偏差，$D_{ij}$，对称化的过程后，失去了显微镜确定的信息，区分旋转剪切和延伸在一个独特的方式。我们恢复这一信息，通过分析的离散过程，必须在高度相关的流体变形驱动的混合。如果没有这一点，我们表明，有没有希望得到足够的一般材料参数的流变学微观动力学。有一个明确的微观的概念，每个包裹的旋转速率，我们得出一个一般类不变的流变理论it.We讨论了一些影响高阶流动的解决方案和悬浮液，包括可能性的驱动和稳定的非均匀分布，单独使用水动力。
2014-09-28 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Micromechanical measurements of local plastic events in granular materials
该研究通过测量纯剪切下光弹颗粒密堆积的T1拓扑重排事件与微观应力，揭示了其与宏观塑性变形的关联及应力长程关联标度，深化了对颗粒材料非晶变形机制的理解。
2023-05-05 cond-mat.soft
Granular convergence as an iterated local map
本研究针对颗粒循环剪切下的构型收敛问题，通过限制随机映射的随机性来体现离散事件的局部性，发现收敛循环数的统计行为与数值颗粒实验吻合，周期循环数仅呈定性相符。
2023-08-24 cond-mat.soft
Sensitivity of the stress response function to packing preparation
由相同颗粒的集合组成的颗粒集合体可以在具有对制备历史敏感的微观特征的不同微观配置下堆积。一个给定的配置也可能会改变响应于外部动作，如压缩，剪切等，我们使用的机械响应函数的方法开发的实验和数值，宏观应力分布强烈依赖于这些准备程序。这些结果是针对二维和三维获得的。该方法表明，在给定的制备历史，颗粒材料的宏观对称性的影响，在大多数情况下，应观察到显着偏离各向同性。这为颗粒材料本构特性的非侵入式测试提供了一条新的途径。
2005-04-14 cond-mat.soft
Granular piston-probing in microgravity: powder compression, from densification to jamming
本文通过地面与微重力下的活塞压缩实验，发现微重力下颗粒堵塞发生在更低堆积分数，并归因于重力缺失导致颗粒重组驱动力减弱及内聚作用增强，结合微观与连续介质分析解释了该现象。
2022-10-27 cond-mat.soft
Effect of Shape and Friction on the Packing and Flow of Granular Materials
采用离散元模拟方法研究了非球面摩擦颗粒的堆积和流动。粒子是超级球，形状为$|x|^{s}+|y|^{s}+|z|^{s} = 1$，从球形（$s=2$）到立方体（$s=\infty$）不等，用双球模型构造。无论是包装分数，$ϕ$，和配位数，$z$，单调减少与微观摩擦$μ$，对于所有的形状。然而，这种减少是更大的$s$由于减少的摩擦增加的面-面接触的分数更显着。对于流动的颗粒，动态摩擦$\tildeμ$ -剪切应力与法向应力之比-取决于形状、微观摩擦和惯性数$I.$。对于所有形状，$\tildeμ$从其准静态值$\tildeμ_0$增长为$(\tildeμ-\tildeμ_0) = dI^α,$，对于有摩擦和无摩擦形状具有不同的普遍行为。对于无摩擦形状，指数$α\approx 0.5$和前因子$d \approx 5\tildeμ_0$，而对于摩擦形状$α\approx 1$和$d$仅略有变化。计算结果表明，所得到的流动指数具有普适性，且对所有形状都是一致的。
2018-10-31 cond-mat.soft
From DEM simulations towards a continuum theory of granular matter
材料科学中的一个基本问题是如何弥合微观图像和宏观描述之间的差距。前者涉及接触力和变形，而后者涉及张量，如应力或速度梯度。用“微观”离散元法（DEM）研究了一个装有不同尺寸圆盘的二维剪切单元。应用一致的平均形式主义，可以获得标量场和矢量场以及经典的张量宏观量，如织物，应力或速度梯度，此外，微极量，如曲率或偶应力。
2001-03-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Microscopic Gyration with Dissipative Coupling
研究微观旋转器在耗散耦合下的旋转机制，证明布朗椭球体和颗粒手性椭球体可通过固有耗散耦合与各向异性涨落实现旋转，科里奥利力主导颗粒尺度旋转频率，揭示其作为微型自主机器的潜力。
2023-08-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Microscopic Reversibility and Emergent Elasticity in Ultrastable Granular Systems
在最近的一篇论文[Phys. Rev. X 12，031021]中，我们报道了在受到小振幅循环剪切的剪切堵塞颗粒系统中的“超稳定”状态的实验观察。在这样的状态下，所有的颗粒位置和接触力在每个剪切循环之后被再现，使得应力和颗粒位置的选通图像看起来是静态的。在目前的工作中，我们报告进一步分析这些实验的数据，以表征全球和本地的超稳态响应在一个剪切周期内，而不仅仅是频闪的动态。我们发现，超稳定状态遵循幂律关系的剪切模量和压力的指数$β\approx 0.5$，让人想起附近的临界标度律堵塞。我们还研究了使用光弹性测量法测量的接触力的演变。我们发现，有两种类型的接触：非持久性接触，可逆地打开和关闭;和持久性接触，从来没有打开\yiqiu{and display no measurable sliding}。我们表明，非持久接触的紧急剪切模量作出不可忽略的贡献。我们还分析了应力张量的空间相关性，并将其与最近的颗粒固体的突发弹性理论，颗粒力学和动力学的矢量电荷理论（VCTG）[Phys. Rev. Lett. 125，118002，arXiv：2204.11811]。我们表明，我们的实验结果可以很好地拟合VCTG，假设单轴对称的接触网络。拟合结果表明，超稳态对外加应力的响应比原始剪切堵塞状态的响应更具有各向同性。我们的研究结果提供了重要的洞察力的机械性能的摩擦颗粒状固体剪切。
2022-11-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Spatial correlations in sheared isothermal liquids : From elastic particles to granular particles
对剪切等温弹性液体和颗粒液体的空间关联进行了理论研究。利用广义脉动流体力学，得到了微观尺度和宏观尺度下的关联函数。证实了服从幂律的长程关联函数的存在。通过分子动力学模拟验证了理论预测的正确性。
2008-12-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Structural and Topological Nature of Plasticity in Sheared Granular Materials
在机械加载时，粒状材料屈服并经历塑性形变。塑性形变的本质对于建立宏观本构模型和理解剪切带的形成是必不可少的。然而，我们仍然没有完全理解无序颗粒材料中塑性形变的微观本质。本文利用同步辐射X射线层析成像技术跟踪了剪切作用下三维颗粒材料的结构演化。我们建立了高度扭曲的共面四面体的结构缺陷负责微观塑性无序颗粒填料。基本塑性事件通过翻转事件发生，翻转事件对应于这些共面四面体之间的邻居切换过程（或等效为4环向错的旋转运动）。这些事件在空间上是离散的，并具有与主应力方向的特定取向。
2018-06-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Diffusion and mixing in gravity-driven dense granular flows
我们研究的颗粒从筒仓排水使用成像和直接粒子跟踪的传输特性。颗粒位移显示出从超扩散到正常扩散的普遍过渡，作为下降距离的函数，与流速无关。在超扩散（但亚弹道）制度，这发生在一个粒子通过其直径下降，位移有厚尾和各向异性分布。在扩散制度中，我们观察到非常缓慢的破笼和Peclet数的顺序为100，相反，只有以前的微观模型（基于扩散空隙）。总的来说，我们的实验表明，扩散和混合的几何形状为主，波动的接触网络，但不热碰撞，在正常的流体一致。
2003-11-18 cond-mat.soft
Microscopic mechanism for the shear-thickening of non-Brownian suspensions
我们提出了一个简单的模型，支持接触动力学模拟以及流变学和摩擦测量，链接从连续到不连续的剪切增稠致密颗粒状糊状物中的颗粒接触不同的润滑制度的过渡。我们确定了一个本地索末菲数，确定从牛顿的剪切增稠流的过渡，然后表明，悬浮液的体积分数和边界润滑摩擦系数控制的剪切增稠过渡的性质，无论是在模拟和实验。
2013-08-05 cond-mat.soft
Mechanical properties of inclined frictional granular layers
通过离散元数值模拟，研究了不同制备工艺下倾斜摩擦颗粒层的力学性能。我们进行了正交各向异性的弹性分析的应力响应的局部过载在层表面的几个基板倾斜角。通过相对于临界角$α_c$的倾斜角$α$来控制到非阻塞转变的距离。我们发现体系的剪切模量随$α$的增大而减小，但随着$α\to α_c$的增大而趋于一个有限值。我们还研究了各种微观量与$α$的行为，并显示特别是相对于正交各向异性轴的接触方向的演变和摩擦动员在接触的分布。
2014-01-31 cond-mat.soft
Roles of packing fraction, microscopic friction and projectile spin in cratering by impact
本文通过DEM计算研究了弹丸撞击颗粒介质的成坑力学，发现弹丸下方致密区导致反弹，固体摩擦影响坑形态，初始自旋增加穿透长度，堆积分数差异引发标度定律多样性，并提出统一现有相关性的标度。
2023-11-25 cond-mat.soft physics.geo-ph
Fluctuating particle motion during shear induced granular compaction
利用折射率匹配法，研究了颗粒在循环剪切变形下的运动轨迹。在压实过程中观察到的颗粒运动是不扩散的，但表现出瞬态笼效应，类似于胶体玻璃中观察到的。我们精确地研究了两个连续周期之间的步长的统计数据，并观察到它与剪切振幅成正比。的微观观察和压缩过程中的体积分数的宏观演变之间的联系进行了讨论。
2003-05-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Self-assembled granular walkers
微观系统中的运动机制不仅对于技术应用具有极大的兴趣，而且对于理解和潜在地利用远离热平衡的过程也具有极大的兴趣。缩小尺度是一个特别的挑战，并导致了一些有趣的概念，包括热棘轮系统和不对称游泳者。在这里，我们提出了一个特别有趣的系统，因为它是自组装的，并使用了一个强大的机制，可以在各种设置中实现。它由不同大小的小球组成，这些小球相互粘附，并受到振荡（零平均）外力场的作用。相互作用力网络中固有的非线性导致力的限制，从而导致运动。我们提出了一个模型，占所观察到的行为，并证明了广泛的适用性和潜在的可扩展性的概念。
2010-03-08 cond-mat.soft
Correlation and shear bands in a plastically deformed granular medium
最近的实验（Le Bouil等人，物理学评论快报，2014，112，246001）已经分析了经历塑性形变的粒状固体中的局部变形的统计。实验报告强烈的各向异性事件之间的相关性，用弹性理论和膨胀的Eshelby变换的概念来解释的特征角;有趣的是，表征宏观失效的剪切带发生的角度不同于微观相关性中观察到的角度。在这里，我们解释这种行为使用一个细观弹塑性模型的固体流动，结合了当地的莫尔-库仑破坏准则。我们发现，在微观相关性中观察到的角度可以理解相结合的弹性相互作用与Eshelby变换与局部破坏准则。在大应变，我们也诱导永久剪切带的角度是不同的相关模式中观察到的。我们解释这个角度作为一个导致最大的不稳定性的滑移线。
2017-11-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other cond-mat.soft
Granular packs under vertical tapping: structure evolution, grain motion, and dynamical heterogeneities
利用分子动力学模拟研究了颗粒状介质在一系列流体脉冲作用下的压实动力学。我们的研究集中在三个不同的水平：宏观（体积分数），介观（Vorono\"体积，力分布）和微观（晶粒位移）。我们表明，压实过程中有许多特点，这是让人想起玻璃形成系统的缓慢动态，如前所述。例如，平均体积分数随时间缓慢增加，并遵循拉伸指数定律接近一个稳定值，并且相关的压实时间随着敲击强度的降低而发散。对微观量的研究也证明了与玻璃形成者动力学的相似性，如动力学不均匀性和颗粒的空间相关运动的存在;然而，它也表明存在重要的质的差异，例如笼效应的作用。通过比较粒子的Vorono\"体积及其在一次敲击中的位移，证明了系统在颗粒水平上的几何和动力学之间的相关性。
2007-02-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The Origin of a Repose Angle: Kinetics of Rearrangements for Granular Materials
基于两个主要思想，提出了一种致密颗粒材料的微观结构理论。首先，宏观剪切导致在介观尺度上激活的局部重排。其次，颗粒温度决定了微观过程的更新频率。在剪切单元中，所得到的本构方程占Bagnold的缩放和库仑屈服准则的存在。在一个颗粒流的情况下，一个斜面，他们占在最近的实验中观察到的流变学和数值测量的温度和速度分布。
2001-07-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Cooling of a lattice granular fluid as an ordering process
我们提出了一个新的颗粒介质微观模型来研究动力学关联的作用和空间秩序的发病引起的相互作用的非弹性。尽管它的简单性，它的特点是在颗粒材料中观察到的丰富现象学的几个不同方面，并允许与统计力学的其他主题，如扩散过程，域生长，持久性，老化现象。有趣的是，虽然由最大波长波动控制的局部观测值似乎表明了一种纯粹的扩散行为，但空间扩展结构和拓扑缺陷（如涡旋和激波）的形成揭示了一种更复杂的情况。
2001-05-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Getting hotter by heating less: How driven granular materials dissipate energy in excess
我们研究如何获得的动能由外部振动驱动的致密颗粒系统依赖于输入能量。我们的重点是颗粒的行为上的两个主要参数：频率和振幅的依赖。我们发现存在一个最佳的强迫频率，在该频率下系统达到最大的动能：如果输入能量增加超过这样的阈值，系统耗散越来越多的能量，并恢复到一个更冷，更粘的状态。非常令人惊讶的是，非单调的行为被发现的振动振幅是足够小，以保持系统始终与驱动振荡板接触。通过研究系统的耗散特性，揭示了这种非单调行为与标准共振机制的显著区别。这一特征在单颗粒动力学的微观尺度上也可以观察到，并且可以被解释为负比热的一个实例。基于广义强迫阻尼振荡器的解析可解模型很好地再现了所观察到的现象，说明了强迫和耗散的竞争效应的作用。
2021-01-13 cond-mat.soft
Rheology of dense granular flows for elongated particles
本文用三维数值模拟方法研究了无摩擦球柱中稠密颗粒流的流变特性。在球形颗粒的情况下，有效摩擦$μ$是惯性数$I$的增函数，我们系统地研究了$μ$对颗粒纵横比$Q$，以及法向应力差，体积分数和配位数的依赖性。特别地，我们表明准静摩擦系数与$Q$是非单调的：从球形情况$Q=1$，它首先急剧增加，在$Q \simeq 1.05$附近达到最大值，然后缓慢减小，回到$Q \simeq 2$的初始值。我们提供了一个微观的解释，这种意想不到的行为，通过分析周围的颗粒的耗散接触的分布：相比球体，稍微细长的颗粒增强其中央圆柱形带的接触，而在较大的纵横比颗粒往往对齐和耗散的优先接触在其半球形帽。
2017-10-18 cond-mat.soft
Spreading of triboelectrically charged granular matter
我们报告的传播摩擦带电的玻璃颗粒上带相反电荷的表面上的一个塑料圆柱形容器中的存在下，一个恒定的机械搅拌。颗粒通过粘附扩散，作为圆柱体表面上的单层。持续的搅拌引发了一系列的不稳定性，这首先形成周期性的波条形的横向密度调制的单层，然后从这些条纹的尖端喷射出窄而长的颗粒射流。这些射流最后横向合并，形成沿扩散方向分层的均匀扩散前沿。这些显着的增长模式是有关的时间演变的摩擦阻力之间的移动带电的玻璃颗粒和塑料容器上的反电荷。这些结果提供了深入了解多尺度时间相关的摩擦电过程，并激发进一步调查这些宏观动力学不稳定性和空间结构的微观原因。
2014-06-10 cond-mat.soft
Contact dynamics in a gently vibrated granular pile
我们使用多散斑扩散波光谱（MSDWS）探测的颗粒堆提交离散温柔的水龙头微米级的动态。塑料事件之间的典型时间尺度被发现显着增加与应用的水龙头的数量。此外，这种微观动力学弱依赖于样品的固体分数。这一过程与热玻璃体系中观察到的老化现象非常相似。我们提出了一个启发式的模型，这种减速机制与粒子之间的接触力的分布的缓慢演变。该模型占所观察到的动态的主要特征。
2003-03-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Characterizing Granular Networks Using Topological Metrics
我们进行了直接比较的实验和数值实现的完全相同的颗粒系统，因为它经历剪切堵塞。我们调整用于最佳地代表实验设置和结果的数值方法，以微观接触力动力学。这里提出的措施范围从微观，通过中观系统的全系统特性。介观力网络的拓扑性质提供了微观和宏观尺度之间的关键环节。我们报告了两个主要发现：无论应变历史和填充密度如何，填充物中具有至少两个接触的颗粒的数量是系统机械状态的良好预测器。在实验和数值计算中探索的所有措施，包括应力张量导出的措施和接触数，都以一种普遍的方式依赖于非响尾蛇颗粒的分数，$f_{NR}$。力网络拓扑也倾向于显示这种普遍性，但主曲线的形状更多地取决于数值模拟的细节。特别是，我们表明，增加力噪声的数值数据集可以显着改变数据中的拓扑特征。我们的结论是，$f_{NR}$和拓扑度量是有用的措施时，考虑量化的状态的颗粒系统。
2018-01-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Investigating the relation between elastic and relaxation properties of dry, frictional granular media during shear deformation
本研究通过离散元模拟揭示干摩擦颗粒介质在剪切变形中弹性刚度持续存在且部分退化，应力弛豫呈压缩指数，并指出其流变行为存在依赖损伤的粘弹塑性向粘性转变的复杂机制。
2025-02-24 cond-mat.soft
Granular materials flow like complex fluids
颗粒状材料，如砂，粉末，泡沫等，在我们的日常生活中无处不在，以及在工业和岩土工程应用。虽然这些无序系统在不受扰动的情况下形成稳定的结构，但实际上它们确实会松弛，因为存在不可避免的外部影响，如敲击或剪切。人们通常默认颗粒系统的弛豫动力学与热玻璃形成者的弛豫动力学相似，但实际上，迄今为止，实验上的困难阻碍了在颗粒水平上确定三维颗粒系统的动力学性质。由于缺乏实验数据，再加上这些系统中粒子的运动涉及摩擦力，因此要准确描述它们的弛豫动力学非常具有挑战性。在这里，我们使用X射线断层扫描，以确定微观弛豫动力学的硬颗粒椭球体受到振荡剪切。我们发现，颗粒位移的分布函数可以描述由一个形状参数，是独立于时间和应变振幅$γ$的Gumbel定律。尽管这种普遍性，标记粒子的均方位移显示幂律作为时间的函数，其指数取决于$γ$和所考虑的时间间隔。我们认为，这些结果是直接相关的微观松弛机制，涉及摩擦和记忆效应的存在。这些观察结果表明，在颗粒水平上，颗粒系统的动力学行为与热玻璃形成者的动力学行为有质的不同，而更类似于复杂流体的动力学行为。因此，我们的结论是，即使在驱动力较弱的情况下，颗粒状材料也可以松弛，这一见解影响了我们对颗粒状固体性质的理解。
2017-11-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Quasistatic kinetic avalanches and self-organized criticality in deviatorically loaded granular media
颗粒介质在准静态加载下的行为最近被证明可以达到一个稳定的演化状态，对应于微观力学变量空间中的流形。这种状态的特点是亚稳态堵塞状态之间的突然转变，涉及部分微观力学的粒状介质的重排。使用准静态双轴压缩下的二维颗粒介质的数值模拟，我们表明，在稳定的演化状态的动态的特点是无标度雪崩以及之前的宏观机械稳定流制度传统上与自组织临界状态。这与宏观变形曲线的非唯一性和非单调性一起表明，系统的统计雪崩特性和可伸缩性不能被简化为宏观力学状态的函数。相关的标度指数是非普适的，并且取决于粒子之间的相互作用。对于较硬的颗粒（或样品在低围压），我们发现雪崩特性的分布与平均场论的预测相一致。对于粒子之间较软的相互作用，标度指数降低到平均场值以下。这些较低的指数与非晶态固体在其临界点的观察结果一致。我们具体讨论微观和宏观变量之间的关系，包括外部应力降和内部势能之间的关系，在动能雪崩释放。
2021-05-13 cond-mat.soft
Collapsing granular suspensions
提出了一个二维接触动力学模型作为一个崩溃的悬浮液/土壤的微观描述，以捕捉基本的物理过程的生成和崩溃的系统的动态。我们的物理模型进行了比较，从现场测量获得的真实数据与自然塌陷/悬浮土壤。我们表明，我们的塌陷悬浮液/土壤模型的剪切强度行为是非常相似的行为，这种塌陷悬浮液土壤，为未扰动和扰动阶段的材料。
2009-11-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Anisotropic elastic theory of preloaded granular media
从颗粒间接触的微观弹性出发，系统地导出了静态预加载颗粒介质中应力的宏观弹性描述。假设的预加载状态和接触处的摩擦确保了晶粒间接触的网络不会因小的扰动而改变。该网络的纹理，由系统的准备设置，在二阶和四阶织物张量中编码。一个小的扰动会产生法向和切向的晶粒间力，后者会导致晶粒重新取向。这种再取向响应和增量应力用宏观应变表示。
2004-09-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Gases, liquids and crystals in granular segregation
我们报告的结果分离的实验研究在一个二元混合物的干颗粒进行水平振荡激励。颗粒薄层是由水平塔板表面的粘滑摩擦相互作用驱动的。随着混合物的填充分数增加，观察到不同相的演变。我们将它们分别鉴定为二元气体、分凝液体和分凝晶体，并提供了鉴定它们性质的微观和宏观方法。最后，我们在我们的颗粒系统和自组装二元胶体混合物中的隔离之间绘制了一些类比。
2004-03-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamics of Random Packings in Granular Flow
我们提出了一个多尺度模拟算法的非晶材料，我们说明和验证的一个典型的情况下，致密颗粒流。我们的算法是基于最近提出的斑点模型，在一个密集的随机包装的颗粒进行链式集体位移响应扩散的“斑点”的影响，携带轻微过量的间隙自由体积。我们重建的微观动力学粒子的“粗粒”动态斑点通过引入一个本地化的粒子松弛步骤后，每个点引起的块位移，只是为了执行包装约束（相当任意）软核排斥。为了测试该模型，我们研究在多大程度上它可以描述动态的135，000摩擦，粘弹性球颗粒排水模拟离散元法（DEM）。我们发现，只有五个拟合参数（半径，体积，扩散率，漂移速度，和注射率的斑点），斑点模拟能够在很大程度上再现不仅是平均流量和扩散，但也有一些微妙的统计的流动包装，如空间速度相关性和多体结构的相关性。现场模拟运行速度超过100倍，比DEM和演示的可能性，多尺度建模的非晶材料，只要一个合适的模型可以设计为粗粒度的现场动态。
2006-02-16 cond-mat.soft
Local Coulomb versus Global Failure Criterion for Granular Packings
接触在库仑阈值是不稳定的切向扰动，从而有助于在微观层面上的故障。在莫尔-库仑型破坏准则给出的有效图像之外，这种局部性质与全局破坏有何关系？在这里，我们使用一个模拟床的摩擦盘缓慢倾斜的重力作用下，调查雪崩过程和全球广义均衡性标准之间的联系。雪崩开始时，作为一个整体的包装仍然是稳定的，根据这个标准，强调了大的不均匀性的作用，在不稳定的过程：集群的颗粒与充分动员接触集中局部故障。我们证明，这些集群，在不一致的桩作为一个整体，也是全球边缘的广义均衡。更确切地说，我们观察到如何从局部力学性质的稳定性条件逐步建立了广义均衡性标准，因为它们的大小增长，并最终跨越整个系统时，接近雪崩。
2010-01-13 cond-mat.soft
Hydrodynamics of granular particles on a line
我们研究了一个格子模型代表一个细通道中的颗粒气体。我们推导出的流体动力学描述模型的微观动力学在大系统的限制，包括最低的有限尺寸的修正。从流体力学的主要预测，当忽略有限尺寸的修正，是一个稳定的“均匀纵向流”（ULF）的存在，与颗粒温度和速度梯度均匀和直接相关。系统的大量数值模拟表明，这样的状态可以观察到在一个有限大小的系统，通过附加两个恒温器在其边界具有相同的温度的大部分。本文讨论了非弹性硬杆的超低频状态与冷却气体后期出现的激波之间的关系。
2018-06-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Gardner-like transition from variable to persistent force contacts in granular crystals
我们报告的实验证据Gardner一样的过渡从变量到持久的力接触在一个二维的，双分散的颗粒晶体通过分析单轴压缩下形成的粒子位置和力网络的变化。从密度刚刚高于冻结过渡，并为变量的额外压缩，我们比较配置，以自己的初始状态，并等效的合奏，重新初始化的状态。该协议表明，当密度低于Gardner样过渡时，力接触在很大程度上是不确定的，之后它们逐渐过渡到持久的，完全如此，只有在干扰点以上。我们关联的障碍，这种影响的基础上的光弹性磁盘的微观粗糙的大小，类推到其他机制，以前已经在理论上预测。
2022-05-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Interparticle friction leads to non-monotonic flow curves and hysteresis in viscous suspensions
滞后现象是颗粒材料固液相变的一个主要特征。这种性质，通过允许亚稳态，可能会产生灾难性的现象，如地震或空中滑坡。颗粒流中滞后现象的起源仍有争议。然而，迄今为止提出的大多数机制都依赖于粒子水平上的惯性。在本文中，我们研究了非布朗悬浮液在缓慢旋转的鼓的雪崩动力学，并揭示了大滞后的雪崩角，即使在没有惯性。通过使用微二氧化硅颗粒，其颗粒间的摩擦系数可以关闭，我们表明，微观摩擦，相反的惯性，是触发颗粒悬浮液中的滞后的关键。为了理解摩擦和滞后之间的联系，我们使用旋转鼓作为流变仪来提取摩擦悬浮液和无摩擦悬浮液接近流动开始的悬浮液流变学。这种分析表明，无摩擦颗粒的流动规则是单调的，并遵循指数$α\!= \! 0.37 \pm 0.05$的幂律，与以前的理论预测，$α\!=\! 0.35$密切一致。相比之下，摩擦颗粒的流动规则表明速度弱化行为，从而解释了流动不稳定性和滞后的出现。这些研究结果表明，滞后也可以发生在没有惯性的颗粒介质，质疑这种现象的亲密性质。通过强调微观摩擦的作用，我们的研究结果可能是感兴趣的地球物理背景下，了解失败的机制在海底滑坡的起源。
2019-04-08 cond-mat.soft
Friction-dependent rheology of dry granular systems
理解颗粒集合体的流变性对于自然和工程系统是重要的，但是颗粒间摩擦（或微观摩擦）和宏观摩擦之间的关系仍然没有得到很好的理解。在这项研究中，使用离散元法（DEM）与球形颗粒和现实的接触法律，我们调查了颗粒系统的力学与广泛的颗粒间的摩擦系数，旨在建立一个依赖于摩擦的流变干颗粒流。相应的结果表明，颗粒间摩擦力的增加使有效摩擦系数$μ_{\textrm{eff}}$显著增大，同时使系统的固相率减小，并使划分准静态区和中间流区的过渡惯性数增大.我们进一步提出了一个新的无量纲数$\mathcal{M}$，作为惯性效应和摩擦效应之间的比值，它类似于颗粒柱坍塌中的有效长宽比，并将颗粒间摩擦的影响与惯性数统一起来。然后，我们建立了$\mathcal{M}$和无量纲颗粒温度，$Θ$之间的关系，以进一步普及颗粒间摩擦的影响。这一研究将拓宽$μ(I)$流变学在自然和工程体系中的应用，并有助于建立更通用的复杂颗粒体系本构模型。
2022-05-30 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Hydrodynamic modes in a confined granular fluid
受限颗粒流体，放置在一个浅箱，垂直振动，可以实现均匀的稳态由于能量注入机制，发生在整个系统。这些状态可以是稳定的，即使在高密度和非弹性允许的流体动力学模式，管理粒状流体的动力学进行详细的分析。分析的时间关联函数的衰减，它表明，有一个准弹性政权之间的交叉，其中能量演变为一个缓慢的模式，到非弹性政权，与其他保守领域的能量奴隶。这两个制度有很好的差异化的运输性能，在非弹性制度，动力学可以描述由一个减少流体力学与修改的纵向粘度和声速。这两个政权之间的交叉发生在波矢，是成比例的非弹性。一个二维颗粒模型，与碰撞，模仿发生在一个封闭的系统中的能量转移进行了研究，通过微观模拟。结果显示出良好的协议与理论框架，并允许流体动力学模型的验证。
2013-02-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Topological signatures of collective dynamics and turbulent-like energy cascades in apolar active granular
School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学物理与天文学院）；Institute of Natural Sciences, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学自然科学研究院）；Wilczek Quantum Center, School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学物理与天文学院吴文俊物理学中心）；Shanghai Research Center for Quantum Sciences（上海量子科学研究中心）
研究揭示了无向活性颗粒流体中拓扑缺陷与湍流样能量级联的关联，展示了拓扑方法在非平衡动态中的应用。
2025-09-01 cond-mat.soft
