Particle dynamics and effective temperature of jammed granular matter in a slowly sheared 3D Couette cell
我们报告的粒子动力学的实验测量缓慢剪切颗粒物质在三维（3D）库埃特细胞。一个紧密堆积的透明球形珠子的集合被外部压力限制，并填充有流体以匹配珠子的密度和折射率。这使我们能够跟踪嵌入系统中的示踪粒子，并获得作为时间函数的三维轨迹。我们研究的PDF的垂直和径向位移，发现高斯和指数分布，分别。对于慢剪切速率，在所有三个方向上的均方波动被发现是只依赖于库埃特细胞的角位移。示踪剂颗粒的扩散率和迁移率都与剪切速率成正比，从而产生恒定的有效温度，这是堵塞系统的特征。
2008-06-30 cond-mat.soft
Instability of the symmetric Couette-flow in a granular gas: hydrodynamic field profiles and transport
本文研究了硬盘气体受两个平行凹凸壁面剪切的非弹性流动。在我们的分子动力学模拟中，我们发现了一个敏感性的粒子的位置和速度的初始条件的不对称性和不对称的静止状态，从（反对）对称的流体动力学场的偏差是较强的正常恢复系数降低。为了更好地理解这种灵敏度，我们对前动力学理论解进行了线性稳定性分析[Jenkins和Richman：J. Fluid. Mech. { \bf 171}（1986）]，发现它不稳定。这种不对称性对自扩散系数的影响也进行了讨论。
2000-06-05 cond-mat.soft
Dynamics of a hard sphere granular impurity
考虑了杂质粒子通过非弹性硬球碰撞与宿主流体的耦合。结果表明，它的分布函数的精确方程可以映射到具有弹性碰撞和有效质量的杂质的分布函数的精确方程上。将这一结果应用于Enskog-Lorentz动力学方程，得到几个结论：（1）弹性情况下的每一个解都等价于颗粒情况下的一类解：（2）对于平衡宿主流体，颗粒杂质在不同的温度下接近平衡，在长时间内以扩散模式为主;（3）对于处于结垢状态的颗粒状流体，颗粒状杂质向相应的结垢溶液靠近。
2006-07-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Steady base states for non-Newtonian granular hydrodynamics
在这项工作中，我们研究稳定的层流在低密度颗粒气体模拟系统的相同的光滑硬球的碰撞非弹性。该系统由两个无限大的平行壁组成，在边界处受到剪切源和温度源的激励。因此，该系统的几何形状与标准气体中产生平面傅立叶流和库埃特流的几何形状相同。我们表明，它是可能的描述稳定的颗粒流在这个系统中，即使在大的非弹性，通过（非牛顿）流体动力学的方法。所有五种类型的Couette-Fourier颗粒流进行了系统的描述，确定不同类型的流体动力学配置文件。我们的流的分类和模拟结果之间的良好协议。另外，我们还通过以下三种相互独立又相互补充的方法得到了相应的非线性输运系数：（1）用Grad的13阶矩方法得到的非弹性Boltzmann方程的解析解，（2）用直接模拟Monte Carlo方法得到的非弹性Boltzmann方程的数值解，（3）事件驱动的分子动力学模拟。我们发现，虽然Grad理论不能很好地定量描述所有的输运系数，但这三个过程对颗粒气体的平面Couette-Fourier流产生了相同的一般分类
2012-12-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Impurity in a Granular Fluid
研究了均匀颗粒流体中杂质的速度统计特性。非弹性Maxwell模型的解析解表明，在冷却情况下发生相变。轻杂质具有与流体背景相似的速度统计，尽管它们的温度通常不同。渐近地，温度比随着杂质质量的增加而增加，并且在某个临界质量处发散。比该临界质量重的杂质基本上是静态流体背景的散射。杂质速度分布的矩具有多尺度渐近行为。此外，在重杂质相中，它由初始分布的修改后的副本组成。
2002-08-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A frictional Cosserat model for the slow shearing of granular materials
本文用刚塑性Cosserat模型分析了平面和圆柱形的Couette流动。在该模型中，一个经典的连续介质的水动力场补充的力偶应力和本征角速度场。角动量的平衡，这是满足隐含在一个经典的连续，必须加强在一个Cosserat连续。结果，应力张量可能是不对称的，并且物质点的角速度可能不同于局部涡量的一半。将颗粒介质作为Cosserat连续体处理的一个重要结果是，它在模型中加入了材料长度尺度，这在基于经典连续体的摩擦模型中是不存在的。此外，Cosserat模型允许确定的速度场唯一的粘度流动，在经典的摩擦模型。对致密、缓慢变形的颗粒材料的粘滞流动的实验表明，剪切仅限于一个狭窄的区域，通常只有几个颗粒直径厚，而其余的材料基本上没有变形。本模型捕捉到了这一特征，圆柱Couette流的速度分布预测与报道的数据吻合良好。当库埃特细胞的壁比颗粒状材料更光滑时，该模型预测剪切层厚度与库埃特间隙$H$无关，当后者比颗粒直径$d_p$大时。当壁面粗糙度与颗粒材料相同时，模型预测对于重力作用下的平面剪切和圆柱形库埃特流，剪切层厚度在极限$(H/d_p) \gg 1$内按$(H/d_p)^{1/3}$变化。
2001-07-27 cond-mat.soft
Measurements of Particle Dynamics in Slow, Dense Granular Couette Flow
实验测量的下表面上的一个3D库埃特细胞含有单分散球的粒子动力学的报告。平均径向密度和速度分布与先前在填充有芥菜籽的3D单元的本体内和下表面上测量的那些相似。对粒子速度随时间演变的观测揭示了不同的运动事件，即先前静止的粒子在再次卡住之前移动一小段时间的间隔。在离运动壁面一定距离$r$处的两个粒子速度之间的互相关揭示了粒子相关的特征长度尺度。单个粒子速度的自相关性揭示了一个特征时间尺度$τ$，该时间尺度随着与内部移动壁的距离而减小。这可能归因于离散运动事件发生的罕见性增加以及大$r$时这些事件的持续时间缩短。均方根方位角速度波动，$δv_θ(r)$，和平均剪切速率，$\dotγ(r)$之间的关系，被发现是$δv_θ\propto \dotγ^α$与$α= 0.52 \pm 0.04$。这些意见进行了比较与其他最近的实验和修改后的流体动力学模型最近推出的Bocquet等人。
2001-03-27 cond-mat.soft
Thermal diffusion segregation of an impurity in a driven granular fluid
本文研究了杂质在两种\emph{steady}态下在受驱颗粒流体中的分凝。在第一状态下，粒状气体由具有傅立叶型轮廓的随机体积力场驱动，而在第二状态下，粒状气体以这样的方式被剪切，即非弹性冷却被粘性加热平衡。我们比较的理论结果，从解决方案的（非弹性）Boltzmann方程的Navier-Stokes（NS）阶与直接蒙特卡罗模拟（DSMC）方法和分子动力学（MD）模拟。良好的协议之间的理论和模拟，这提供了强有力的证据NS颗粒流体动力学的可靠性，这些稳定状态（包括杂质的动态），即使在高非弹性。此外，在中度densitis颗粒流体中的热扩散的初步结果也被提出。对于稀释气体\cite{VGK14}，在这种更一般的情况下也发现了极好的一致性。
2014-07-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Mass transport of an impurity in a strongly sheared granular gas
本文从非弹性玻尔兹曼方程出发，计算了在简单剪切流作用下浸入颗粒气体中的杂质的输运系数。一个正常的解决方案是通过一个Chapman-Enskog样的扩展周围的局部剪切流分布，保留所有的流体动力学订单的剪切速率。由于剪切流引起的各向异性，需要张量来描述扩散过程，而不是传统的标量系数。的质量通量被确定为一阶的流体动力学场的偏差，从它们的值在参考状态。相应的输运系数给出的一组耦合的线性积分方程的解决方案，这是近似解决的，通过考虑在Sonine多项式展开的主导项。结果表明，这些广义系数偏离其弹性形式一般是相当重要的，即使是中等耗散。
2007-01-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Critical Behavior of a Heavy Particle in a Granular Fluid
在颗粒流体中重杂质粒子的均匀冷却状态下，观察到类似于二级相变的行为。序参量$ϕ$是杂质均方速度与流体均方速度之比，共轭场$h$与质量比成正比。参数$β$，测量相对于杂质-流体碰撞速率的流体冷却速率，是逆温度的模拟。对于$β<1$，当$ϕ=0$处于$h=0$时，流体是"正常的“，如系统具有弹性碰撞的情况。对于$β>1$，具有$ϕ\neq 0$的“有序”状态出现在$h=0$，表示均分的极端崩溃。临界慢化和质量变化的速度分布函数附近的过渡杂质粒子注意到
2001-02-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Brownian forces in sheared granular matter
我们提出的结果从一系列的实验上的颗粒介质剪切的Couette几何形状，并表明，他们的统计特性可以计算在定量的方式从一组力作用在系统中执行布朗运动的假设。同样的假设已经成功地用于描述其他现象，例如铁磁体中的巴克豪森效应，因此该方案表明自己是更广泛的驱动不稳定性的更一般描述。
2006-02-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamical compressibility of dense granular shear flows
Bagnold [1]已经证明，当缓慢剪切时，硬不可变形球体的组合可以表现为可压缩介质，因为这种系统的平均密度有效地取决于围压。在这里，我们使用离散元模拟显示存在的横向和矢状波与此动态压缩性。为此，我们研究了这些波的共振在一个线性库埃特细胞和比较的结果与那些预测从连续的局部本构关系。
2012-12-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Universal and wide shear zones in granular bulk flow
我们目前的实验缓慢的颗粒流在一个修改后的（裂底）库埃特几何形状，其中广泛的和可调的剪切区创建远离侧壁。对于增加层的高度，区域增长更宽（显然没有约束），并根据一个简单的，粒子无关的比例定律向内圆柱体发展。在重新缩放之后，跨区域的速度分布落在由误差函数给出的通用主曲线上。我们还研究了材料内部的剪切区作为其局部高度和总层高度的函数。
2004-01-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The stochastic flow rule: A multi-scale model for granular plasticity
尽管有许多尝试来模拟致密颗粒流，但仍然没有能够描述不同类型的流动的通用理论，例如筒仓中的重力驱动排水和库埃特单元中的壁驱动剪切流。在这里，我们总结了我们最近提出的随机流规则（SFR），这是能够很好地描述这些情况下，与实验一致，我们专注于测试的理论更详细的暴力模拟与离散元方法（DEM）。SFR是一个通用的速率无关的塑性流动的本构关系，基于流化扩散点。在准二维粒状材料的情况下，我们假设从莫尔-库仑塑性极限状态的应力和假定点进行有偏随机行走沿滑移线，驱动局部应力不平衡。我们比较分析预测的SFR对DEM模拟筒仓和Couette细胞，在后者的情况下进行了几个参数的研究，并找到了很好的协议。
2006-11-15 cond-mat.soft
Thermal properties of an impurity immersed in a granular gas of rough hard spheres
在这项工作中，我们研究的动力学的粒状杂质浸没在一个低密度的粒状气体的相同的粒子。为了描述颗粒气体和杂质粒子的动力学，我们使用粗糙硬球碰撞模型。我们考虑了粒子碰撞时的非能量守恒效应。我们找到了一个（近似）的解析解的相关动力学方程的单粒子速度分布函数，合理地再现平移/旋转能量非均分的属性。我们通过与计算机模拟进行比较来评估理论解的准确性。为此，我们使用两个独立的计算机数据集，从分子动力学（MD）和直接模拟蒙特卡罗方法（DSMC）。在合理的参数值范围内，两者都很好地接近动力学理论，但程度不同。
2017-07-12 cond-mat.soft
Bending back stress chains and unique behaviour of granular matter in cylindrical geometries
我们分析的应力场的一般解决方案，在平面环的均衡介质，一个模型经常用于边缘刚性颗粒材料的库埃特细胞。我们证明，这些解决方案是更丰富的比在矩形对称。即使是均匀介质，应力链被发现弯曲，扩大远离应力源，衰减和泄漏应力到一个锥的影响。最奇怪的是，应力链可能向后弯曲，并传递与原始方向相反的力。在笛卡尔坐标系中，这些现象都不会出现在均匀介质的解中。我们进一步分析非均匀介质，表现出链分支和应力泄漏的链。这些结果与在库埃特池中进行的许多颗粒材料实验直接相关。他们还阐明，并支持，迄今无法解释的实验观察弯曲和回弯链，我们指出。特别是，我们使用我们的研究结果提供了一个新的解释实验观察到的滑移线的图案。
2017-02-13 cond-mat.soft
Non-Newtonian granular hydrodynamics. What do the inelastic simple shear flow and the elastic Fourier flow have in common?
我们描述了一类特殊的定常Couette流在稀颗粒气体承认强耗散的非牛顿流体动力学描述。当粘性加热正好平衡非弹性冷却时，会产生均匀的热通量。它包括普通气体的傅立叶流动和作为特殊情况的颗粒气体的简单或均匀剪切流动（USF）。流变函数具有与USF中相同的值，并且可以确定广义导热系数。这些点证实了分子动力学模拟，蒙特卡罗模拟的玻尔兹曼方程，和分析结果从格拉德的13矩法。
2010-01-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Shear instabilities in granular mixtures
流体力学中的动力学不稳定性是导致各种重要的常见现象的原因，例如海面上的波浪或库埃特流中的泰勒涡。在粒状介质中，动力学不稳定性才刚刚开始被发现。在这里，我们通过分子动力学模拟的存在下振荡的水平剪切，这导致形成的条纹图案的组分被隔离的颗粒混合物的一个新的动力学不稳定性。我们调查这样的开尔文-亥姆霍兹不稳定性的性质，并显示它是如何连接到斑图形成在颗粒流和偏析。
2005-09-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Mesoscopic Physics of Granular Flows
我们提出了一个描述的颗粒动力学的基础上的流体和固体成分之间的分化的想法。首先，我们建立了一个完全流化相模型。然后，我们讨论了一个剪切面运动的边界上的散装固相，引起的移动壁。我们的结果包括厚度依赖的发展雪崩，密度和速度分布的颗粒库埃特流实验的速度。
1999-12-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
An exact solution of the inelastic Boltzmann equation for the Couette flow with uniform heat flux
在颗粒气体的定常库埃特流中，热通量梯度的符号由粘性加热和非弹性冷却之间的竞争决定。我们表明，从玻尔兹曼方程的非弹性麦克斯韦粒子，一类特殊的状态存在的粘性加热和非弹性冷却精确地相互补偿在每一点上，导致均匀的热通量。在这种状态下，（降低的）剪切速率受制于恢复系数$α$，使得唯一的自由参数是（降低的）热梯度$ε$。结果表明，$k$阶的约化矩是$ε$中$k-2$次的多项式，其系数是$α$的非线性函数。特别地，流变性质（$k=2$）与$ε$无关，并且与简单剪切流的流变性质完全一致。热通量（$k=3$）在热梯度中是线性的（广义傅立叶定律），但具有不同于Navier-Stokes的有效热导率。此外，存在平行于流速和垂直于热梯度的热通量分量。通过与相同模型的直接蒙特卡罗模拟的比较，验证了理论预测。
2010-05-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Coexistence and Transition between Shear Zones in Slow Granular Flows
我们报告的实验缓慢颗粒流在分裂底部库埃特细胞，显示新的应变本地化功能。已观察到的非平凡的流动剖面被证明是在散装和边界处的剪切区的同时形成的后果。基于最小化原理的波动带模型可以用一个单一的拟合参数，即壁与体之间的相对摩擦系数，在较大的形貌和填充高度变化范围内拟合实验。多剪切带形成的可能性受相对摩擦力的控制。此外，我们观察到的对称性的初始状态，与共存的剪切区在两侧壁，自发地打破低于阈值的剪切速度。两个非对称流动状态之间的动态转换发生在一个特征时间尺度上，这取决于剪切强度。
2013-09-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Three-dimensional shear in granular flow
本文研究了裂底库埃特池中颗粒剪切流随高度的变化规律。使用粒子跟踪，磁共振成像，和大规模的模拟，我们发现一个过渡的剪切的性质作为一个特征高度$H^*$被超过。在$H^*$下方有一个中央固定核;在$H^*$上方，我们观察到与扭转失效相关的额外轴向剪切的开始。径向和轴向剪切剖面在性质上是不同的：径向范围很宽，并随高度增加，而轴向宽度保持狭窄和固定。
2005-12-09 cond-mat.soft
A note on the violation of the Einstein relation in a driven moderately dense granular gas
在Enskog动力学方程的背景下，在$d$维驱动中等密度颗粒气体的爱因斯坦关系进行了分析。Enskog方程忽略了速度相关性，但保留了体积排阻效应产生的空间相关性。正如所预期的，存在与扩散$D$和迁移率$μ$相关的爱因斯坦关系式$ε=D/(T_0μ)\neq 1$的故障，$T_0$是杂质的温度。动力学理论的结果还表明，爱因斯坦关系的破坏仅仅是由于杂质粒子参考态的强非麦克斯韦行为。随着固体体积分数和非弹性的增加，$ε$与1的偏差变得更加显著，特别是当系统由高斯恒温器的作用驱动时。这一结论定性地与最近对稠密气体的一些模拟一致[Puglisi { \em et al.}，2007 { \em J. Stat.机械。} P08016]，尽管在计算机模拟中观察到的偏差比从Enskog动力学理论中获得的偏差更重要。理论和模拟之间的定量差异的可能原因进行了讨论。
2008-04-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A stochastic flow rule for granular materials
人们曾多次尝试推导稠密颗粒流的连续介质模型，但仍缺乏一个通用的理论。在这里，我们从准二维颗粒材料的Mohr-Coulomb塑性开始计算（平均）应力和滑移面，但我们提出了一个“随机流动规则”（SFR）来取代经典塑性理论中的同轴性原则。SFR考虑到颗粒材料的两个关键特征-离散性和随机性-通过扩散局部流化的“点”，其充当塑性载体。我们假设，点执行随机游走偏置沿滑移线与漂移方向确定的应力不平衡后，从静态到动态摩擦的局部开关。在连续极限（基于现场浓度的福克-普朗克方程），这个简单的模型是能够预测各种颗粒的流动曲线在平底筒仓，环形库埃特细胞，流动堆，和板拖动实验-基本上没有拟合参数-虽然它只预计在材料的功能是在初期故障和滑移线是不允许的。对于允许的滑移线的特殊情况下，如板拖动下一个沉重的负载或流下的斜面，我们假设一个过渡到率依赖的Bagnold流变学，其中流动发生滑动剪切面。与不同的屈服准则，SFR提供了一个通用的框架，多尺度建模的非晶材料的塑性，循环之间的连续极限状态应力计算，细观尺度点随机游走，和微观粒子松弛。
2006-09-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Continuum modeling of mechanically-induced creep in dense granular materials
最近，一种新的非局部颗粒流变学被成功地用于预测稳定的颗粒流，包括粒度依赖的剪切功能，在各种各样的流动配置，包括所有的变化的分裂底细胞。颗粒流中的一个相关问题是机械诱导蠕变，其中颗粒介质的一个区域中的剪切变形使其整体流化，包括远离剪切区的区域，有效地消除了各处的屈服条件。这使得当通过诸如圆柱形或球形探针的侵入物在名义上静止的区域中施加力时能够蠕变变形。我们表明，非局部流动性模型是能够捕捉这种现象。具体而言，我们探讨蠕变的一个圆形入侵者在一个二维的环形Couette细胞，并表明该模型捕捉到实验中观察到的所有显着特征，包括速率独立的性质蠕变足够慢的驱动速率和快于线性增加的蠕变速度与施加到入侵者的力。
2014-08-18 cond-mat.soft
Granular Convection in Microgravity
研究了重力对稠密颗粒剪切流中对流的影响。使用微重力修改泰勒-库埃特剪切细胞的条件下，抛物线飞行微重力，我们实验证明，二次，对流样流在剪切颗粒材料接近零微重力和高重力条件下的增强，虽然主流场不受重力的影响。我们认为，重力调谐的摩擦颗粒颗粒和颗粒壁的相互作用，这已被提出来驱动二次流。此外，塑性形变的程度随着重力的增加而增加，支持摩擦是最终原因的观点。
2013-06-07 astro-ph.EP cond-mat.soft physics.geo-ph
Evolution of shear zones in granular packings under pressure
实际颗粒介质中的应力传递往往发生在外载荷作用下，且存在边界滑移。本文通过实验和数值模拟的方法研究了在围压作用下具有光滑壁的裂底库埃特盒中的剪切局部化问题。我们演示了剪切带的特征，如其中心位置和宽度，如何演变为围压和壁滑移修改材料的局部有效摩擦系数。随着施加压力的增加，剪切区向圆柱体中心演变并变宽，并且与底部圆盘的驱动速率相比，角速度减小。此外，滑移的存在促进了从顶部表面处的开放剪切区到本体内部的闭合剪切区的转变。我们还系统地改变了有效摩擦的比例附近的底板和在模拟中的散装，并观察所产生的影响的表面流剖面。除了边界条件和外载荷外，材料特性（如晶粒尺寸）也会影响有效摩擦系数。然而，我们的数值计算结果表明，剪切区的中心位置和宽度是不显着影响的晶粒尺寸的选择，因为它仍然很小相比，旋转底盘的半径。
2021-07-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hydrodynamic granular segregation induced by boundary heating and shear
研究了杂质在驱动的低密度颗粒气体中的热梯度引起的分凝。该系统被封闭在两个平行的壁之间，我们从这两个壁向气体输入热能。我们在这里研究稳态时发生的非弹性冷却是完全平衡的一些外部能量输入（随机力或粘性加热），从而产生均匀的热通量。一个分离的标准的基础上的Navier-Stokes颗粒流体动力学的示踪剂扩散输运系数，其依赖于系统的参数（质量，尺寸和恢复系数）是明确地确定从非弹性玻尔兹曼方程的解决方案。通过Monte Carlo和分子动力学模拟验证了理论预测，表明即使在强剪切和/或非弹性下，Navier-Stokes流体动力学也能产生精确的分离准则。
2014-04-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Intruders in disguise: Mimicry effect in granular gases
一般来说，非弹性和粗糙硬球的多组分颗粒气体中的总动能在不同的自由度之间是不均等地分配的。另一方面，部分能量均分，原则上，可以达到适当的组合下的系统的力学参数。假设恢复系数的共同值，我们使用动力学理论工具来确定的条件下，在均匀冷却状态下的颗粒混合物的组分具有相同的平移和旋转温度的单组分颗粒气体（“模仿”效应）。给定浓度和尺寸比的值，模仿效应要求质量比取特定值，较小的球体具有比较大球体更大的颗粒质量密度。的理论预测的情况下，一个杂质浸没在主机粒状气体进行比较，对DSMC和分子动力学模拟具有良好的协议。
2019-06-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Three-dimensional granular flow continuum modeling via material point method with hyperelastic nonlocal granular fluidity
颗粒流及其与外部物体相互作用的精确和有效的建模是一个开放的研究问题。连续介质方法可以用来捕捉被大地力学模型忽略的复杂性，而不需要离散单元方法的计算费用。本构模型和数值求解器是连续介质方法的两个主要方面。粘塑性尺寸相关的非局部颗粒流动性（NGF）本构模型已成功地提供了定量描述的实验流动在许多不同的配置在文献中。本研究开发了一种数值方法，在超弹性框架内，用于实现三维物质点法（3D MPM，颗粒流模拟的适当数值求解器）中的NGF的动力学形式。这种方法在能量守恒上是一致的，动力学形式包括了流动停止的非局部效应。挖掘数据，定量测量和定性可视化，收集实验通过我们的机器人设备来评估模型的流动几何形状以及相互作用力。结果进一步比较与最近修改的塑料Drucker-Prager本构模型的结果，并在其他配置，包括轮-土相互作用，重力驱动筒仓，泰勒-库埃特流。
2021-09-21 cond-mat.soft physics.geo-ph
Lattice models for granular-like velocity fields: Hydrodynamic limit
最近推出的模型描述-一维晶格-颗粒流体的速度场进行了详细讨论。速度场的动力学是通过相邻的非弹性碰撞发生的，这种碰撞保持动量但消耗能量。动力学可以通过全相空间中的随机方程来描述，或者通过相应的概率分布的时间演化的主方程来描述。在流体动力学极限下，推导了脉动流作用下的平均速度和温度场方程，该方程与颗粒流体在剪切模式下的方程类似。因此，均匀冷却状态，其线性不稳定性，和其他相关的制度，如均匀剪切流和库埃特流状态进行了描述。单粒子概率分布的时间和空间的演变，在所有这些制度，也进行了讨论，表明本地平衡是无效的。相关的动量流和能量流的噪声是白色和高斯的。能量汇的噪声也是如此，通常可以忽略不计。
2016-01-07 cond-mat.soft
An approximate hard sphere method for densely packed granular flows
颗粒介质的模拟通常是用事件驱动的代码来完成的，这些代码将碰撞视为瞬时的，但很难处理非常密集的填充，或者用分子动力学方法来完成，该方法使用刚性粘弹性弹簧来近似刚性颗粒。有一种鲜为人知的方法，它将几个碰撞事件组合成一个时间步，以保留事件驱动动力学的瞬时碰撞，但也能够处理密集包装。然而，它的有效性和失败模式的特点很差。我们提出了一种修改这种方法，以减少重叠误差的引入，并测试它使用的问题，二维颗粒Couette流，一个密集的系统，其特征在于以前的工作。我们发现，这种方法可以成功地复制的结果，以前的工作点的干扰，它可以做到这一点的10倍的速度比可比MD方法。
2011-02-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.comp-ph
Continuum approach to wide shear zones in quasi-static granular matter
缓慢和密集的颗粒流往往表现出狭窄的剪切带，使他们不适合连续描述。然而，光滑的颗粒流已被证明发生在特定的几何形状，如线性剪切在重力的情况下，缓慢的斜面流，最近，在分裂底部库埃特几何形状的流动。在这些系统中的宽剪切区域应该服从连续描述，理论上的挑战在于找到内部应力和流场之间的本构关系。我们提出了一套可测试的本构假设，包括率独立性，并调查的流动几何形状所施加的本构关系的额外限制。在高度对称的线性剪切流和斜面流中的宽剪切层与简单的本构假设是一致的，即与固体摩擦类似，有效摩擦系数（剪切应力与正应力之比）是常数。然而，这一标准的颗粒流的图片被证明是不一致的流动在不太对称的分裂底部的几何形状-这里的有效摩擦系数必须在整个剪切带变化，否则剪切带局部化。我们建议，一个微妙的依赖关系的有效摩擦系数的滑动层的取向相对于体积力是至关重要的理解缓慢的颗粒流。
2005-10-19 cond-mat.soft
Granular Shear Flow in Varying Gravitational Environments
尽管它们的表面重力很低，但小行星表现出许多涉及颗粒物质的不同地质过程。了解这种粒状物质在微重力条件下对外力的反应，对于设计成功的小行星表面下取样机制和解释小行星上迷人的地质情况至关重要。我们已经设计和飞行泰勒-库埃特剪切细胞调查颗粒流由于旋转剪切力条件下的抛物线飞行微重力。实验在弱压缩条件下进行。首先，我们提出的技术细节的实验设计，特别强调设备是如何专门设计的抛物线飞行环境。然后，我们研究如何在不同的重力环境中的旋转剪切力引起的稳态颗粒流不同。我们发现，在垂直于有效加速度的方向上，对颗粒材料的恒定剪切的效果，似乎不受重力的强烈影响。这意味着剪切带可以在弱引力场的存在下形成，就像在地球上一样。
2013-06-07 astro-ph.EP cond-mat.soft physics.geo-ph
Signatures of granular microstructure in dense shear flows
粒状材料对剪切应力的反应与普通流体不同。干砂或无粘性粉末等材料不是均匀变形，而是形成剪切带：包含较大相对颗粒运动的狭窄区域，使相邻区域基本上为刚性[1，2，3，4，5]。由于剪切带标志着流动、材料破坏和能量耗散的区域，因此它们在许多工业、土木工程和地球物理过程中起着至关重要的作用[6]。它们也出现在相关的环境中，例如局限于超薄分子层的润滑液中[7]。缺乏关于三维几何形状中剪切带内运动的详细信息，包括颗粒旋转和颗粒间滑移的程度。类似地，关于单个颗粒的性质-它们的微观结构-如何影响密集堆积材料中的运动也知之甚少[5]。结合磁共振成像，X射线断层扫描，和高速视频粒子跟踪，我们得到的局部稳态粒子的速度，旋转和堆积密度的剪切流在三维Couette几何。我们发现，颗粒微观结构的关键特征决定了速度剖面的形状。
2000-03-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Shear jammed, fragile, and steady states in homogeneously strained granular materials
利用一种新型的多环底库埃特剪切装置，研究了颗粒材料剪切时的堵塞相图。该装置使用小的基础摩擦力施加体积守恒的线性剪切，没有剪切带的颗粒系统组成的摩擦光弹性盘。由于其圆形几何形状，该装置可以产生任意大的剪切应变，并且剪切方向可以反转，使我们能够测量区分剪切堵塞和脆弱状态的特征。我们报告系统的测量应力，应变和接触网络结构的相边界，已难以访问由传统的实验技术，包括屈服应力曲线和堵塞曲线接近$ϕ_{SJ}\approx 0.74$，最小的包装分数支持剪切堵塞状态。我们观察到脆性状态下产生的大剪切应变范围内的$ϕ< ϕ_{SJ}$。我们还发现了一个过渡的准静态稳定流的特点，围绕$ϕ_{SJ}$的产量曲线作为包装分数的函数。在$ϕ_{SJ}$附近，平均接触数、组构各向异性和非振子分数都表现出斜率的变化。在$ϕ_{F}\approx 0.7$以上，稳定流动显示出与基础线性剪切剖面的可测量偏差，在$ϕ_c\approx 0.78$以上，流动局限于剪切带中。
2019-08-14 cond-mat.soft
Diffusion of impurities in a granular gas
研究了均匀冷却状态下颗粒气体中杂质的扩散。结果是用Chapman-Enskog方法求解Boltzmann-Lorentz方程得到的。在杂质密度梯度的第一级中，扩散系数$D$被确定为线性积分方程的解，该线性积分方程通过在Sonine多项式中进行展开而近似求解。本文将$D$推广到Sonine展开的二阶，并得到了$D$关于杂质-气体和气体-气体碰撞的恢复系数以及质量比和粒子尺寸比的显式表达式。为了检查的Sonine多项式的解决方案的可靠性，分析结果进行了比较，从Boltzmann方程的数值解的直接模拟蒙特卡罗（DSMC）方法的装置。在模拟中，通过杂质的均方位移测量扩散系数。理论和模拟之间的比较表明，一般情况下，一个很好的协议，除了在气体颗粒比杂质重得多和/或大得多的情况下。在这些情况下，$D$的第二Sonine近似显着提高了从第一Sonine近似的定性预测。讨论了Sonine多项式展开式的收敛性。
2003-11-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The Behavior of Granular Materials under Cyclic Shear
本文介绍了一种用于颗粒材料大尺度剪切流动研究的平行板剪切池的设计和研制。平行板的几何形状允许剪切研究没有曲率的影响，发现在更常见的库埃特实验。独立可移动的板条的系统产生具有侧壁的井，所述侧壁响应于堆内的谷物的运动而变形。这允许真正的平行板剪切与最小的干扰，从包含的几何形状。侧壁的运动还允许直接测量穿过颗粒堆的速度分布。结果应用该系统的瞬态颗粒剪切和剪切诱导结晶的研究。初始剪切曲线被发现不同的包装包装，范围从整个系统的线性曲线的指数衰减的宽度约为6珠直径。当系统被剪切时，速度分布变得更加尖锐，类似于具有大约3个珠直径的宽度的指数衰减。进一步的剪切产生的速度分布不再适合指数衰减，但更好地表示为高斯衰减或误差函数分布。循环剪切被发现产生大规模有序的颗粒包，这对剪切剖面有着深远的影响。存在层之间滑动的时间段以及分层颗粒锁定在一起导致非常小的相对运动的时间段。
2004-07-31 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Dynamics of a grain-scale intruder in a two-dimensional granular medium with and without basal friction
我们报告了一系列的实验中，一个颗粒大小的入侵者被推通过一个2D的颗粒状材料组成的光弹性盘在库埃特几何弹簧。我们研究了入侵者的动力学作为两种类型的支持基板的包装分数的函数：摩擦玻璃板和一层水的基础摩擦力可以忽略不计。我们观察到两个动态的制度：间歇流，入侵者自由移动的大部分时间，但偶尔会卡住，粘滑动力学，入侵者通过一系列不同的，快速的事件。当基底摩擦存在时，我们观察到两个制度之间的平滑交叉作为填充分数的函数，并且我们发现，降低颗粒间摩擦系数会导致粘滑制度向更高的填充分数转移。当基础摩擦被消除，我们观察到间歇性流动在所有可访问的包装分数。对于所有的情况下，我们提出的统计结果的坚持事件，入侵者的速度，并施加在入侵者的颗粒的力量。我们的研究结果表明，在高包装分数的基础摩擦的定性的重要性，并建议入侵者之间的动态静态材料和堵塞动态颗粒流的连接。
2019-10-08 cond-mat.soft
On intermittency in sheared granular systems
我们考虑一个系统的粒状颗粒，模拟二维摩擦弹性圆盘，这是暴露于外部施加的随时间变化的剪切应力在一个平面Couette几何。我们集中在外部强迫，产生间歇性的粘滑型动力学。在这种状态下，顶壁几乎保持静止，直到施加的应力变得足够大，然后它滑动。我们专注于系统的演变，因为它接近一个滑动事件。我们的主要发现是，有两组不同的措施描述系统的行为之前的滑移事件。第一组是全球计量，定义为固定时间的全系统平均数。这一组中的测量的典型示例是作用在颗粒之间的法向力或切向力的平均值、系统尺寸和颗粒之间的接触数量。这些措施似乎并不敏感的接近滑动事件。平均而言，它们倾向于随着拉动弹簧的力线性增加。第二组由时间相关的措施，量化系统的微观（粒子）或中尺度的演变。这一组中的度量首先量化两个状态之间的时间差异，然后才将它们聚合为一个数字。例如，Wasserstein距离定量测量力网络随时间演变的变化，而断开触点的数量量化了触点网络的演变。在滑动事件开始之前，第二组中的度量的行为会发生显著变化。它们随着滑动事件的临近而迅速增加，表明在滑动事件被触发之前系统的波动显著增加。
2022-04-21 cond-mat.soft
Self-diffusion in dense granular shear flows
扩散系数是描述颗粒物质中速度波动的一个关键量。这些波动是许多热力学和流体动力学模型的基础，这些模型旨在提供颗粒系统的统计描述。我们目前的实验结果在致密，粒状剪切在二维Couette几何扩散。我们发现，自扩散系数是成比例的局部剪切速率与沿平均流的扩散系数约为那些在垂直方向的两倍大。扩散系数的大小为D \approx \dot γ a ^2，其中a为粒子半径。然而，剪切速率的梯度、与平均流的耦合以及移动边界处的阻力导致颗粒位移，其可以出现亚扩散或超扩散。特别是，扩散出现superdiffusive沿平均流动方向由于泰勒色散效应和subdiffusive沿垂直方向由于剪切速率的梯度。各向异性力网络导致扩散率的额外各向异性，这是致密系统的一个属性，在快速流动中没有明显的类似物。具体地说，沿强作用力网络的方向，扩散率被抑制。一个简单的随机游走模拟再现的数据，如明显的superdiffusive和subdiffusive行为所产生的平均流量，确认潜在的扩散运动的关键特征。在模拟中没有观察到额外的各向异性，因为没有包括强力网络。相关运动的例子，如瞬态涡流，和利维飞行也观察到。虽然相关运动产生的速度场与布朗运动有质的不同，并且可以引入非扩散效应，但平均而言，系统似乎只是扩散。
2004-02-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Shear-induced crystallization of a dense rapid granular flow: hydrodynamics beyond the melting point?
我们研究剪切诱导结晶在一个非常密集的单分散非弹性硬球流。本文考虑定常压力下的平面库埃特流，忽略重力.我们假设颗粒密度大于弹性硬球平衡相图的熔点。我们采用了Navier-Stokes流体力学与本构关系，所有这些（除了剪切粘度）发散在晶体堆积密度，而剪切粘度发散在一个较小的密度。定常流的相图由三个参数描述：有效马赫数、按比例的能量损失参数和整数m：出现在这个问题中的机械类比中的半振荡数。在定常剪切流中，粘性加热通过非弹性碰撞的能量耗散来平衡。这种平衡可以有不同的形式，产生均匀的剪切流或各种更复杂的非线性密度，速度和温度分布。特别是，该模型预测了各种多层两相稳定剪切流尖锐的相间边界。这样的流动可以包括几个零剪切（固体状）层，每个层作为整体移动，由流体状区域分开。当我们处理一个硬球模型时，颗粒在"固体"层中是流化的：颗粒温度在那里是非零的，并且有能量流过"固体"层的边界。对均匀定常剪切流进行了线性稳定性分析，并给出了固定m时系统的合理分岔图。m的选择问题仍然悬而未决。
2006-05-05 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Deformation and flow of a two-dimensional foam under continuous shear
我们研究了二维含水泡沫在库埃特几何条件下的准静态剪切流动特性。一个强大的本地化的流动（剪切带）在移动壁的边缘被证明，其特征在于平均切向速度的指数衰减。此外，快速的速度波动的分析揭示了自相似的动力学结构组成的集群的气泡作为刚体滚动。要涉及的瞬时（弹性）和时间平均（塑性）的应变分量，我们开发了一个随机模型，其中不可逆的重排被激活的局部应力波动源于摩擦的墙壁。这个模型给出了一个完整的描述，我们的观察，也是一致的颗粒剪切带的其他群体获得的数据。
2001-03-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hydrodynamics of inelastic Maxwell models
概述了最近的结果有关的流体动力学描述（牛顿和非牛顿）的颗粒气体所描述的Boltzmann方程的非弹性麦克斯韦模型。使用这个数学模型可以使我们对不同的问题得到精确的结果。首先，应用Chapman-Enskog方法导出了非弹性气体的Navier-Stokes本构方程及其相应输运系数的显式表达式。其次，在均匀剪切流（USF）的非牛顿流变特性得到在稳态以及在瞬态非稳态区。其次，给出了一类特殊的均匀热流库埃特流的精确解。这种解决方案共享相同的流变特性的USF，此外，两个广义的传输系数与热通量矢量可以确定。最后，问题的小空间扰动的USF分析与Chapman-Enskog的方法和广义（张量）输运系数得到。
2011-08-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Wide shear zones and the spot model: Implications from the split-bottom geometry
Bazant和他的同事们已经发展了一种描述准静态颗粒流的点模型。它假设颗粒流是由所谓的过剩自由体积点的反向流动引起的，这些点沿着莫尔-库仑塑性的滑移线移动。该模型是二维的，并已成功地应用于一些不同的几何形状。在本文中，我们调查是否在其最简单的形式斑点模型可以描述宽剪切区的实验和模拟库埃特细胞分裂底部。我们给出了一个一般性的论点，是独立的应力的特定描述，但它表明，目前制定的斑点模型，其中扩散和漂移项被假定为平衡的长度尺度上的斑点直径的顺序，即顺序3-5粒径，是难以调和与观察到的宽剪切区。我们还讨论了点模型的同轴度的应力和应变率张量在这些宽剪切流中发现的影响，并指出可能的扩展模型，可能允许一个帐户宽剪切区的存在。
2008-12-08 cond-mat.soft
Diffusion of impurities in a moderately dense confined granular gas
本文研究中等密度受限颗粒气体中杂质的扩散，用$Δ$-模型描述受限效应，通过Chapman--Enskog方法和Sonine近似求解Enskog--Lorentz方程，理论预测与模拟总体吻合，并分析了热梯度和重力引起的偏析。
2024-12-04 cond-mat.soft
Negative pressure in shear thickening band of a dilatant fluid
本文通过实验和数值模拟研究了在恒定外切应力作用下，剪切型Taylor-Couette流动的压力空间分布。在一定的剪切应力范围内，流动在20 Hz附近发生剪切增稠振荡。我们发现，在振荡过程中，一个局部增厚带旋转轴与流动。{通过实验和数值模拟，我们发现，即使在不连续剪切增厚的情况下，增厚带的大部分也处于负压下}，这表明增厚是由雷诺粘性引起的;粘性引起间隙流体中的负压，从而在颗粒介质中产生接触结构。则摩擦阻力阻碍结构的重新排列并固化介质。
2016-12-13 cond-mat.soft physics.flu-dyn
