Crossover from negative to positive shear rate dependence in granular friction
我们进行了一个实验的颗粒物质的摩擦性能在很宽的范围内的剪切速率，涵盖了准静态和惯性制度。我们表明，摩擦系数表现出负的剪切速率依赖性在准静态制度，而剪切速率的依赖性是积极的惯性制度。从负到正的剪切速率依赖性的这种交叉发生在临界惯性数处。这可以用两个物理过程之间的竞争来解释，即摩擦愈合和滞弹性。我们还发现，结果不依赖于晶粒的形状，在惯性制度的行为是定量的数值模拟中相同的。
2011-06-01 cond-mat.soft physics.geo-ph
Strain localization in planar shear of granular media: the role of porosity and boundary conditions
剪切带中的剪切应变局部化与速度弱化不稳定性和地震有关。在这里，我们模拟稳态平面剪切流动的数值粒状材料（凿），限制在平行表面之间。恒定剪切应力和恒定应变率边界条件进行了测试，这两种类型的边界条件被发现产生不同的速度剖面和摩擦定律。惯性数$I$对层的行为具有最大的控制作用，但在常应力边界条件下，观察到摩擦对层的正应力和厚度的额外依赖性。我们发现，剪切带本地化，这是目前在准静态政权（$I<10^{-3}$）在速率控制剪切，应力控制加载下是不存在的。在后一种情况下，当宏观摩擦系数接近准静态摩擦值时，流动停止。在较高惯性数（$I>10^{-3}$）下出现的惯性区域与分布剪切、摩擦和孔隙度相关，所述分布剪切、摩擦和孔隙度随剪切速率增加（速率强化区域）。常应力边界条件下的剪切产生的惯性，分布剪切，但从来没有准静态，局部变形的发现是合理的，基于低波动的剪切力在颗粒接触应力控制加载。通过检查孔隙度内和外的剪切带，我们还提供了一个机械的原因，准静态和惯性剪切之间的过渡与本地化和分布式应变之间的过渡相一致。
2021-11-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.geo-ph
Reversible-to-irreversible transition of colloidal polycrystals under cyclic athermal quasistatic deformation
本文研究胶体多晶在循环拉压与剪切变形下的可逆-不可逆转变，发现两种模式均发生该转变但剪切模式阈值应变更大，并揭示位错运动、晶界消失及应变累积方向差异。
2024-04-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Measurement of surface deformation and cohesion of a granular pile under the effect of centrifugal force
研制了一套测量离心颗粒堆自由面变形的实验装置。通过水平旋转一个顶点位于垂直旋转轴上的准二维颗粒堆，重力和离心力的合力产生颗粒堆的变形。在这种设置中，离心力取决于与旋转轴的距离，而重力在任何地方都是恒定的。因此，自由表面变形的各种离心程度可以系统地检查使用该装置。在该系统中，由摄像机和计算机组成的小单元与颗粒样品一起旋转，以记录旋转引起的变形。为了验证该系统的有效性，首先对旋转水面的变形进行了测量和分析。所得数据可用理论抛物线解释，不需要任何拟合参数。接下来，我们使用所开发的装置测量非粘性和粘性颗粒桩的变形。两个散体样品均表现出明显的散体堆积变形，并最终在侧壁上形成陡峭的散体斜坡。然而，变形过程的细节取决于凝聚强度。为了定量描述这种差异，根据试验结果分析了有效强度的粘聚力和颗粒局部斜率变化。
2021-05-09 cond-mat.soft
Avalanches in the athermal quasistatic limit of sheared amorphous solids: an atomistic perspective
本文研究了模型非晶态固体在缓慢非热变形极限下屈服相变的统计性质。塑性流动通过弹性加载的交替阶段发生，其间以集体雪崩的形式出现快速耗散事件。我们调查他们的表征，通过能量与应力下降，并在多个阶段的变形，从而揭示了变化的空间范围的雪崩和程度的应力相关性变形的进展。我们表明，统计的应力和能量下降，只有成为可比的大事件中的稳定流制度。的屈服过渡的临界指数的结果进行了讨论的背景下，以前的研究类似的类型，揭示模型玻璃和制备历史的影响。
2021-05-03 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
History-dependent deformation of a rotated granular pile governed by granular friction
我们实验研究了旋转引起的颗粒变形的历史依赖性。作为初始状态，我们制备了一个准二维的颗粒堆，其顶点位于旋转轴上，其初始倾角为休止角。旋转速率从$0$增加到$620$ ~（rpm），然后降低回到$0$。在旋转过程中，旋转颗粒堆的变形被摄像机捕获。根据获取的图像数据，测量颗粒摩擦系数$μ$作为离心力和重力之比$Γ$的函数。为了系统地评估$μ$在增加（旋转上升）和减少（旋转下降）的旋转速率制度中的变化，将变形颗粒堆的表面轮廓拟合到考虑重力、摩擦力和表面处的离心力之间的力平衡的模型。我们发现，$μ$值在增加的$Γ$制度中增长。然而，当$Γ$减少时，$μ$不能恢复其初始值。旋转颗粒堆的一部分历史相关行为可以通过力平衡模型来理解。
2022-06-02 cond-mat.soft
Jamming is a first-order transition with quenched disorder in amorphous materials sheared by cyclic quasistatic deformations
本研究针对阻塞相变的属性争议，通过对循环准静态剪切的二维、三维非晶体系开展标度分析，证明阻塞是伴随淬火无序的一级相变，为其研究提供了新的理论框架。
2024-10-31 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Experimental Investigation of Plastic Deformations Before Granular Avalanche
我们提出了一个实验研究的变形内的粒状材料，是逐步倾斜。我们调查的雪崩前的变形与空间分辨扩散波光谱设置。在倾斜过程的开始，我们首先观察到局部和孤立的事件在散装，密度随深度而减小。随着倾斜角度的增加，一系列的微观故障周期性地发生在体内，最终发生颗粒雪崩。只有当倾斜角大于一个比颗粒雪崩角小得多的阈值角时，才能观察到微观失效。我们已经表征了重组的密度和微观故障的局部化。我们还探讨了颗粒的性质，相对湿度条件和样品的包装分数的影响。我们讨论这些意见的框架内的可塑性颗粒物质。微观失效可以被看作是大量塑性事件累积的结果。
2012-11-23 cond-mat.soft
Dynamics of silo deformation under granular discharge
本文采用拓扑数据分析方法研究了重力驱动下实验室圆筒形筒仓的后屈曲特性。如果颗粒柱的初始高度足够大，薄壁筒仓在卸料过程中会发生屈曲。只要填充高度不超过临界值$L_c$，筒仓的变形是可逆的。超过这个极限，变形就变成永久性的，筒仓经常倒塌。我们研究了可逆和不可逆变形过程的动力学，改变初始填充高度周围$L_c$。我们发现，所有可逆的过程表现出惊人的相似性，他们之间的缓慢和快速的动态政权交替。在不可逆变形过程开始时出现的图案在拓扑上与可逆过程中出现的图案非常相似。然而，可逆和不可逆过程的动力学是显著不同的。特别是，不可逆过程的演变要快得多。这使我们能够仅根据对变形模式的观察来对筒仓的倒塌进行早期预测。
2018-07-25 cond-mat.soft
Spatially-resolved measurements of micro-deformations in granular materials using DWS
这篇文章是一个基于多次散射的微小变形测量方法的实际实现教程。这项技术是最近发展起来的，并已被证明可以为颗粒材料中应变的空间再分配提供新的见解。我们在这里提供的基础知识来理解的方法，通过给一个综合审查扩散波光谱和多次散射在粒状材料。我们详细介绍了一个简单的实验，使用标准的实验室设备教学演示的方法的实施。最后，我们给出了几个例子，已在其他作品中获得的测量讨论的方法的潜力。
2017-05-23 cond-mat.soft
Subdiffusion and cage effect in a sheared granular material
实验研究了二维双分散干颗粒材料在准静态循环剪切下的扩散性质，并将这些性质与硬球系统和Lenard-Jones液体的计算机模拟结果以及玻璃化转变附近的胶体系统的实验结果进行了比较，结果表明颗粒材料的行为与这些系统具有很强的相似性。更具体地说，我们详细研究了笼动力学负责的次扩散在缓慢的松弛制度，并获得相关的时间和长度尺度的值。
2004-07-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Energy dissipation of a sphere rolling up a granular slope: slip and deformation of granular surface
本文通过实验研究球体滚上颗粒斜坡时的滑移与沟槽形成，发现贯入深度仅由密度比标度，并据此定量预测球体运动及卡滞行为。
2023-12-05 cond-mat.soft
Deformation-Driven Diffusion and Plastic Flow in Two-Dimensional Amorphous Granular Pillars
我们报告了一个结合实验和模拟研究的变形引起的扩散在压实的二维非晶颗粒柱，其中热波动起着微不足道的作用。支柱，由直立在基板上的双分散圆柱形缩醛塑料颗粒组成，通过以恒定速度移动的刚性杆单轴和准静态地变形。柱中的塑性流动和颗粒重排的特征在于通过计算与两个变形阶段之间的每个颗粒相关联的最佳拟合仿射变换应变和非仿射位移。非仿射位移表现出指数交叉从弹道扩散行为的累积偏应变，表明在非热颗粒填料，累积偏应变在热系统中起着时间的作用，并驱动有效的颗粒扩散。通过数值模拟进一步研究了颗粒柱的尺寸效应，发现不同尺寸的颗粒柱在变形过程中遵循自相似的形状演化规律。此外，柱的屈服应力随柱尺寸线性增加。在变形过程中形成的瞬态剪切线的支柱变得更加明显的支柱尺寸的增加。这些基本剪切带的宽度约为颗粒直径的两倍，并且不随柱尺寸而变化。
2015-02-04 cond-mat.soft
Simulation of crumpled sheets via alternating quasistatic and dynamic representations
本文提出一种在准静态与动态表示之间自适应交替的混合积分方法，用于高效模拟薄弹塑性薄片的大尺度褶皱行为，并验证了折痕累积和小面面积分布等统计特性与实验一致。
2023-07-07 cond-mat.soft cs.NA math.NA
Forced flow of granular media: Breakdown of the Beverloo scaling
颗粒物质重力流通过小孔的Beverloo标度有两个明显的普遍特征。一方面，流速与颗粒柱的高度无关。另一方面，不太为人所知但更引人注目的是，流速对颗粒的材料特性（密度、杨氏模量、摩擦系数等）相当不敏感。我们表明，这两个通用功能丢失，如果工作是在一个高速率的系统上完成。与粘性流体相反，如果在颗粒柱的自由表面上施加恒定的压力，则在排出期间流速增加。此外，流速变得对材料性质敏感。然而，出现了一个新的通用功能：耗散功率缩放的平均压力和流量遵循主曲线的强制和非强制条件下，所有材料的性能研究。我们表明，这一特点可以解释，如果在筒仓中的颗粒流被假定为一个准静态剪切流下的$μ(I)$流变。
2020-05-14 cond-mat.soft
Experimental analysis of single particle deformations and rotations in colloidal and granular systems
荧光标记粒子的共聚焦显微镜已被用于研究真实空间中胶体和颗粒物质的动力学和结构性质。定位算法允许完全自动化地确定所观察体积中的所有组成（球形）颗粒的三维位置和平移运动。然而，粒子变形或旋转运动几乎没有得到解决。在这里，我们提出的准备和图像处理技术，也提取的颗粒的变形和旋转状态。变形分析是针对具有空心球状荧光强度分布的颗粒进行的，该颗粒对小变形更敏感。在第二种情况下的旋转，我们利用的角度依赖性的光吸收的纳入染料分子制备光学各向异性颗粒类似于偏振荧光光漂白后。这些粒子的旋转表示为共焦图像中的强度波动。与现有的方法相比，我们的技术不会降低实际粒子定位的质量。它们可以帮助理解胶体和颗粒材料在老化过程中或在剪切或压缩等外部刺激下的停滞状态下的复杂重组过程。
2011-12-06 cond-mat.soft
Down-hill creep of a granular material under expansion/contraction cycles
本文研究了斜坡上一层颗粒状材料的下坡蠕变问题，该问题是由颗粒大小的振荡变化引起的。该材料被建模为一个无热的二维多分散系统的软盘重力作用下。倾斜角低于临界休止角，因此系统在静态外部条件下达到平衡构型。然而，在一个协议，其中颗粒缓慢地改变尺寸在准静态振荡的方式下，系统被观察到以同步的方式与振荡蠕变下来。我们测量每个循环的蠕变提前作为一个函数的倾角和粒度的变化程度。此外，我们考虑的情况下，颗粒大小的振荡幅度随深度减小，因为它可能会被认为是发生在倾斜地形的粒状土壤的情况下。在这种情况下，获得了在表面处最大并且随着深度平滑地消失的蠕变曲线，正如在现场观察到的那样。
2022-08-30 cond-mat.soft
Kinematic flow patterns in slow deformation of a dense granular material
利用\emph{in situ}成像技术结合粒子跟踪技术，对模型致密颗粒介质在缓慢变形过程中的运动学流型进行了高分辨率研究。在宏观平面应变条件下，其变形形态为平凸模压痕。使用一般的分析方法，速度梯度和变形场从无序的晶粒排列，使流动特性被量化。关键的意见是形成的停滞区，在稀释颗粒流过去的障碍物;发生的漩涡在流动的冲床下面;和形成不同的剪切带毗邻的停滞区。瞬态和稳态停滞区的几何形状，以及剪切带中的涡和应变率的强度，从实验数据中获得。所有这些结果在精确尺度的非光滑接触动力学（NSCD）模拟中得到了很好的再现。模拟的全三维数值粒子位置允许提取从实验中极难获得的流动特征。其中的三个例子，即材料自由表面的演变，变形的一个晶粒柱下面的冲头和分辨率的速度内的主剪切带，突出显示。在这个模型问题中观察到的各种流动特征也说明了制定一个完整的变形的微观力学分析描述所涉及的困难。
2015-07-19 cond-mat.soft
Soft granular matter
我们考虑一个小的硬珠或硬纤维浸在一个非常软的凝胶能够承受大的弹性形变稀释系统。由于其低至非常低的剪切模量，该系统对小的力非常敏感。我们计算了一个恒定的体积力，夹杂物重量引起的局部变形。我们解释了这种变形可以通过使用类似于PIV方法（粒子图像测速）的技术来显示透明流体中的复杂速度场。
2014-05-01 cond-mat.soft
Role of material properties and mesostructure on dynamic deformation and shear instability in Al-W granular composites
动态实验与Al-W颗粒/多孔复合材料揭示了定性不同的行为与剪切局部化取决于Al颗粒之间的结合。采用二维数值模拟方法研究了Al-W颗粒/多孔复合材料大应变动态变形的细观力学行为，并解释了不同细观结构复合材料剪切局部化的差异。具体而言，Al颗粒之间的结合，孔隙率，Al和W的相对颗粒尺寸的作用，W颗粒的排列，和Al的材料性能进行了研究，使用数值计算。模拟结果表明，“软”Al颗粒之间的结合促进了剪切局部化，如实验中所见。数值计算和实验表明，颗粒复合材料中剪切局部化的机制主要是由于“软”Al在“硬”W颗粒周围的局部高应变流动引起的局部损伤累积和随后的细观/宏观剪切带/裂纹的扩展。“刚性”W颗粒是决定“软”Al颗粒基体中“扭结”剪切带的起始和传播的主要几何因素，如实验和数值计算中所观察到的，留下一些区域没有广泛的塑性形变。
2011-05-24 cond-mat.soft
Pressure dependent friction on granular slopes close to avalanche
我们研究了物体在接近雪崩阈值的倾斜颗粒表面上的滑动。我们的实验表明，稳定性是由表面变形。重物会产生类似足迹的变形，从而稳定斜坡上的物体。轻的物体不会干扰沙质表面，也很稳定。对于中间权重，曲面的变形会使对象不稳定并产生滑动。证明了固体摩擦力最小的特征压力。提出了作为其质量的函数的沙坡上的设备和动物的运动的应用。
2017-07-04 cond-mat.soft
Force distributions in three dimensional compressible granular packs
本文对可压缩颗粒材料静态三维充填底边界法向接触力$P(F)$的概率分布进行了实验研究。我们发现，单个晶粒的变形程度起着很大的作用，在确定这种分布的形式。对于少量变形，我们发现$P(F)$中的一个小峰值低于平均力，对于大于平均力的力，具有指数尾。随着变形程度的增加，平均力处的峰值在高度上增加，并且指数尾部的斜率增加。
2002-06-05 cond-mat.soft
Granular structure and heterogeneous deformation preceding avalanches
Navier, CNRS, Univ Gustave Eiffel, ENPC, Institut Polytechnique de Paris（纳维埃实验室，法国国家科学研究中心，巴黎-沙隆恩斯特·盖非尔大学，国立桥梁与道路学校，巴黎理工学院）
本研究通过实验揭示颗粒堆积雪崩前的前兆活动受制备结构与加载方向兼容性影响，但位移衰减和应变标度等空间特征保持稳健，并基于两态模型量化了局部异质性的影响。
2026-09-21 cond-mat.soft
Evolution of shear zones in granular materials
本文通过实验和数值模拟研究了底部剪切单元中准静态干颗粒流宽剪切区（或剪切带）的演化。我们比较了由珠子、不规则颗粒（例如沙子）和细长颗粒组成的材料的行为。剪切一个最初随机的样品，区域宽度被发现显着减少，在第一阶段的过程。与这种减少相关的特征剪切应变约为1，并且随着形状各向异性而系统地增加，即当颗粒形状从球形变为不规则（例如砂）并变得细长（钉）时。区域宽度的强烈减小趋势之后是略微增加，这对于棒状颗粒比对于具有较小形状各向异性的颗粒（珠粒或不规则颗粒）更明显。区域宽度的演变与剪切引起的密度变化有关，对于非球形颗粒，它还涉及晶粒重取向效应。不规则颗粒的最终区域宽度明显小于球形珠。
2014-08-07 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
Microscopic origin of granular ratcheting
循环载荷下的晶粒组件的数值模拟表现出“颗粒棘轮效应”：每个循环都会发生小的净变形，导致变形随循环次数线性累积。我们表明，这是由于最常用的粒子-粒子相互作用模型的一个奇怪的属性：即，储存在接触的势能是路径依赖的。存在改变存储能量的闭合路径，即使粒子保持接触并且不滑动。用于计算切向力的替代方法消除了颗粒棘轮效应。
2007-08-10 cond-mat.soft
Deformation of a rotated granular pile governed by body-force-dependent friction
尽管颗粒摩擦力的重力依赖性对于理解各种自然现象至关重要，但其精确表征是困难的。我们提出了一种方法来表征颗粒摩擦在各种重力（体力）条件下控制的离心力，具体来说，旋转颗粒堆的变形进行了测量。为了理解这桩观测到的非平凡变形的力学机制，我们引入了一个考虑局部力平衡的分析模型。实验数据和理论模型之间的良好一致性表明，变形简单地由净体积力（重力和离心力之和）和摩擦角。从实验结果中精确地测量了颗粒摩擦力的体力依赖性。结果表明，颗粒形状影响颗粒摩擦力的体力依赖程度。
2021-12-05 astro-ph.EP cond-mat.soft
Rheology of dense granular suspensions under extensional flow
我们研究了颗粒悬浮体在各种拉伸变形和简单剪切下的数值模拟。的粘度和Trouton的比率（拉伸剪切粘度的比率）的固体体积分数$ϕ$接近零惯性的极限的函数计算。无摩擦颗粒的悬浮液遵循牛顿Trouton的比例$ϕ$一直到$ϕ_0$，一个通用的卡点，是独立的变形类型。与此相反，摩擦颗粒导致的变形类型相关的堵塞分数$ϕ_m$，这是最大的剪切流。因此，特劳顿的比率从牛顿开始，但发散为$ϕ\toϕ_m$。我们解释了这种差异，在悬浮液中的摩擦颗粒考虑在堵塞的颗粒排列。虽然无摩擦颗粒悬浮液在堵塞时具有几乎各向同性的微结构，但摩擦允许更多的各向异性接触链，这允许在较低的$ϕ$下堵塞，但引入了协议依赖性。最后，我们提供的证据表明，粘性数流变学可以从剪切延伸变形，特别是成功的崩溃无摩擦颗粒。拉伸变形是悬浮液流变学中的一个重要类别，与浆料加工、造粒和高性能材料有关。
2018-04-22 cond-mat.soft
Rheological and Photoelastic Response of Hydrated Soft Granular Particles
University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；University of Bristol（布里斯托大学）；University of Cambridge（剑桥大学）
本文总结了浸没光弹性颗粒材料中力解析的现状，介绍了表征水合光弹性颗粒流变和光学性质变化的技术，并报告了在浸没实验中使用光弹性颗粒的注意事项。
2026-07-01 cond-mat.soft
Cyclic thermo-mechanical performance of granular beds: Effect of elastoplasticity
了解压实颗粒床的耦合热-力学行为可以有益于各种工业应用，例如聚变反应堆中的球床设计。本文在前人工作的基础上，改进了热力离散元方法，并将其应用于弹塑性颗粒组成的充气颗粒材料循环热力性能的研究。建立了考虑晶粒塑性形变的颗粒间接触模型。通过对铍卵石床的代表性体积元的模拟，我们提供了颗粒尺度的热导率和应力的演变。模拟结果表明，网络的热接触是阻碍塑性形变导致显着下降的导热系数在冷却过程中。这种影响可以通过增加初始填充因子来抑制。不仅限于卵石床设计，这项工作的结论也可以为优化粉末基制造和储能铺平道路，其中涉及热机械载荷条件和单个颗粒的弹塑性变形。
2021-04-01 cond-mat.soft
Locomotion of a Scallop-Inspired Swimmer in Granular Matter
针对软屈服介质中游动的研究挑战，实验发现受扇贝启发的往复拍动翼游泳器可在颗粒介质中运动（违背扇贝定理），并通过X射线断层扫描等技术揭示其推进力源于翼附近颗粒堵塞与对流打破冲程对称性。
2024-12-06 cond-mat.soft
Softer than soft: diving into squishy granular matter
比软的软质颗粒物质由能够显著改变其形状（通常大于10%的变形）而不撕裂或破碎的颗粒组成。由于这些材料的实验和数值测试的困难，这样一个家庭的离散系统仍然在很大程度上被忽视的颗粒物质物理领域，尽管在自然界和工业中常见。无论是从数值，实验，或分析的角度来看，高度可变形的颗粒物质的研究涉及到几个挑战，例如：（$i$）需要包括大量的粮食流变学的多样性，（$ii$）需要考虑\dc{large material}变形，和（$iii$）的影响，大的身体扭曲在全球范围内的分析。在这篇文章中，我们提出了一个彻底的定义，这些粘粒系统，我们总结了即将到来的挑战，在他们的研究。
2022-04-22 cond-mat.soft
Crushing, Comminution and Fracture: Extreme Particle Deformation in Three-Dimensional Granular Aggregates
提出基于近场动力学的三维计算框架，模拟脆性颗粒集合体的变形与断裂，揭示微观结构对宏观强度的影响并验证多尺度建模的可行性。
2025-07-15 cond-mat.soft
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
Collective rheology in quasi static shear flow of granular media
本文讨论了在准静态颗粒流中，哪些因素决定了应变场的基本问题。结果表明，用应力-应变率关系来理解准静态流变学是不恰当的。另一种方法进行了讨论，其中的局部变形被认为是在附近的变形的原因。我们提出了一个连续介质模型，其中局部剪应变与其拉普拉斯算子成正比，比例因子由局部应力决定。预测的行为进行了测试，在一个三维剪切细胞通过计算机模拟。我们设置的简单性使得它非常适合演示和研究集体粒度流的基本开放问题。所观察到的剪切剖面解释的框架内建议的模型。
2010-09-20 cond-mat.soft
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
Measurement of higher-order stress-strain effects in granular materials undergoing non-uniform deformation
离散元（DEM）模拟表明，粒状材料是非简单的，这意味着增量刚度的粒状组件取决于应变增量的梯度以及应变增量本身。在准静态模拟中，二维颗粒集合体的刚性时，施加的变形是不均匀的比均匀变形。颗粒之间的接触被建模为没有接触力矩的线性摩擦接触。结果被解释的上下文中的高阶微极性连续，它承认的可能性，高阶应力和偶应力。虽然行为是不简单的，没有证据表明，一对应力或相关的刚度。实验结果始终适用于三种颗粒形状（圆形，椭圆形，和非凸簇形状），三种尺寸（范围从250到4000个颗粒）的组件，并在峰前和峰后应变。
2018-07-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Dilatancy-induced surface deformation in dense cohesive granular media
Institute for Multiscale Simulation, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡大学多尺度模拟研究所）
研究了密实黏性颗粒介质中由膨胀引起的表面变形，发现等效波恩数是关键控制参数，高剪切速率下惯性效应减弱表面变形。
2026-01-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Logarithmic rate dependence in deforming granular materials
颗粒材料内部应力的速率无关性是许多缓慢稠密颗粒流模型的基本原则。相比之下，对数速率依赖性的应力被发现在固体对固体摩擦，在地质环境中，和其他地方。在这项工作中，我们表明，对数率依赖性发生在粒状材料的塑性（不可逆）变形，发生在剪切过程中，但不为弹性（可逆）变形，如那些发生在中度重复压缩。增加剪切速率Ω导致应力和应力波动的增加，这至少在定性上类似于由于密度增加而发生的情况。Ω的增加也导致应力积累和松弛事件的分布发生质的变化。如果剪切在t=0时停止，则发生应力松弛，σ（t）/ σ（t=0）\simeq A \log（t/t_0）。这种应力网络在几何上长时间的集体松弛提供了速率依赖性强化的机制。
2002-10-08 cond-mat.soft
Plasticity and dynamical heterogeneity in driven glassy materials
许多非晶玻璃材料表现出复杂的时空力学响应和流变特性，其特征在于间歇的应力-应变响应和波动的速度分布。在准静态和非热变形协议，这种不均匀的塑性流动被证明是由各种大小的塑性事件。本文通过对二维LJ非晶态固体的数值研究，将玻璃材料非均匀动力学的研究推广到有限剪切速率和有限温度的情况。通过使用分子动力学得到的全球力学响应收敛到准静态极限得到的能量最小化协议。对不同剪切速率下的塑性形变的详细分析表明，玻璃遵循不同的流动状态。在足够低的剪切速率下，机械响应达到剪切速率独立的状态，其表现出准静态响应的所有特征（有限尺寸效应、屈服应力.）。在中等剪切速率下，流变性能由外部施加的剪切速率决定。最后，在较高的剪切系统达到剪切速率无关的均匀制度。通过对原子运动的详细分析，也证实了这三种机制的存在。四点关联函数的计算表明，从剪切速率为主的准静态政权的过渡是伴随着一个动态的协同长度尺度$ξ$，示出发散与剪切速率的增长。这种分歧相比，一个简单的模型，假设扩散传播的塑性事件的预测。
2010-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Towards a general(ized) shear thickening rheology of wet granular materials under small pressure
本文采用离散元法在裂底环形剪切室内研究了干、湿颗粒材料在稳态准静态条件下的流变特性，重点研究了宏观摩擦力。我们的研究目的是了解在剪切带中，系统处于临界状态的各个位置处的整体流的局部流变性。一般（化）流变学具有四个无量纲控制参数，其涉及五种重要现象的时间尺度，即，分别与围压$t_p$、剪切速率$t_{\dotγ}$、颗粒刚度$t_k$、重力$t_g$和内聚力$t_c$相关的时间尺度。我们表明，这些现象共同有助于流变学乘法校正功能。虽然$t_{\dotγ}$很大，因此对大多数研究数据不太重要，但它会增加临界状态下的流动摩擦，其中剪切梯度很高。$t_g$和$t_k$与本体中的$t_p$相当，但在自由表面的极端和本体内部深处分别相对于$t_p$或多或少占优势。我们还测量了强湿内聚力对流动流变学的影响，如通过降低$t_c$来量化的。此外，所提出的流变模型预测以及剪切变稀行为在本体和自由表面附近的剪切变稀发展到剪切增稠的自由表面附近的内聚力增加。
2016-09-10 cond-mat.soft
Experimental validation of nonextensive scaling law in confined granular media
在这封信中，我们解决了一个完整的准静态平面剪切实验的颗粒位移的统计波动，和相应的异常扩散指数，$α$之间的关系。我们实验验证了一个特殊的情况下，所谓的Tsallis-Bukman标度律，$α= 2 / (3 - q)$，其中$q$是通过拟合的概率密度函数（PDF）的测量波动与$q$ -高斯分布，和扩散指数在实验过程中独立测量。应用原始技术，我们能够证明从异常扩散制度的布朗行为作为用于计算实验中的晶粒的位移的应变窗口的长度的函数的过渡。拟合曲线与大量实验数据的一致性表明，随着应变窗口长度的减小，涨落概率密度函数明显加宽，扩散指数值增大，即反常扩散。无论在测量中考虑的应变窗口的大小，我们表明，Tsallis-Bukman标度律仍然有效，这是第一次实验验证这种关系的经典系统在不同的扩散制度。我们还注意到，空间相关性显示出显着的相似性，在流体中的湍流，一个有前途的迹象表明，这种类型的分析可以用来探索的局限颗粒材料的宏观摩擦的起源。
2015-07-28 cond-mat.soft
From shear bands to earthquakes in a model granular material with contact aging
本研究通过含接触老化效应的颗粒材料分子动力学模拟，揭示了回滞流动曲线关联高应变速率均匀变形、中速率剪切带局域变形与低速率地震粘滑行为的统一机制。
2023-10-07 cond-mat.soft
Shear-induced mixing of granular materials featuring broad granule size distributions
采用离散元方法研究了剪切诱导混合过程中的颗粒流动。我们的目的是要了解的基本机制的过渡从未混合到混合相的颗粒状材料具有广泛的颗粒分布，我们系统地研究通过改变应变速率和系统的大小。在这里，应变速率变化超过四个数量级，系统尺寸从一万到一百多万个颗粒不等。从准静态到纯惯性流的应变率相关的过渡观察。在宏观尺度上，接触应力下降，由于剪切诱导的不稳定性，作为一个发病的颗粒流和启动颗粒之间的混合的形成。应力降显示出深刻的系统尺寸依赖性。在颗粒尺度上，混合动力学与剪切带的形成相关，这导致混合的时间尺度显著不同，特别是对于那些靠近系统壁和本体的区域。总的来说，我们的研究结果表明，虽然瞬态动力学显示一个通用的行为，这些有一个显着的有限尺寸效应。相比之下，宏观行为在稳定状态下，可以忽略不计的系统尺寸的依赖性。
2022-02-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Nonlinear elasto-plastic model for dense granular flow
本文提出了一个颗粒变形模型，该模型预测了在发育良好的致密颗粒流中的应力和速度分布。最近的颗粒弹性模型（Jiang和Liu 2003）和速率敏感塑性流动模型（Jop等人2006）被重新表述并组合成一个通用的颗粒连续定律，能够同时预测任意三维流动几何形状中的流动区域和停滞区。统一是通过证明和实施Kroner-Lee弹塑性分解来实现的，并注意确保某些连续介质物理原理得到必要的支持。然后，该模型在多个几何形状的数值实现和结果进行比较，实验和离散模拟。
2009-05-07 cond-mat.soft
Quantitative understanding of the onset of dense granular flows
尽管有许多工业和地球物理应用，但致密颗粒材料在应力下何时以及如何开始流动的问题在很大程度上仍未解决。我们开发和测试一个简单的方程的准静态流动的颗粒状材料，这是基于颗粒填料的摩擦老化的发病。其结果是一个非单调的应力-应变关系-类似于经典的摩擦-是独立的剪切速率。这种关系足以理解老化颗粒介质的阈下变形及其固液相变。我们的研究结果还阐明了（流）的机械性能的历史依赖性，以及对初始制备的颗粒介质的敏感性。
2022-09-12 cond-mat.soft
Deformation Measures for Granular Materials
本文基于 Satake 空隙单元方法推广 Bagi 的表示，提出二维颗粒材料变形的细观力学度量，并通过离散元模拟揭示低应变下的非均匀变形与转动微带。
2024-12-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Onset and impact of plastic deformation in granular compaction
本文通过粘结粒子模型模拟研究颗粒高压压实中塑性变形的作用，发现不同塑性起始应变下的压力变化数据可塌缩，表明简单数学描述可刻画塑性对压实的影响。
2024-10-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Impacts of packed bed polydispersity and deformation on fine particle transport
本研究探讨了静态颗粒填充中孔隙喉道尺寸、多分散性和颗粒变形的关系，通过解析表达式和DEM模拟，证明了多分散性和变形对收缩尺寸及细颗粒传输的显著影响。
2024-10-18 cond-mat.soft
The intertwined roles of particle shape and surface roughness in controlling the shear strength of a granular material
单个颗粒的形状和它们的表面性质都有助于颗粒材料在剪切下的强度。在这里，我们展示了这两个方面可以交织在一起的程度。在对3D打印的凸透镜形状颗粒组装的实验中，我们测量了重复压缩载荷下的应力-应变响应，发现与其他颗粒形状相比，聚集体的剪切强度迅速下降。我们用X射线计算机断层成像和高分辨率表面计量学的$μ$ m尺度探测颗粒材料，以寻找退化的原因。我们发现，由于累积变形的磨损平滑的镜头表面在一个受控的和系统的方式，相关的组件作为一个整体观察到的剪切强度的显着损失。透镜对表面特性变化的敏感性与3D打印四面体和球体组件的结果形成对比，在相同的负载循环下，发现其强度仅略有下降。该案例研究提供了深入了解颗粒形状，表面磨损和整体材料响应之间的关系，并提出了新的策略，当设计一种颗粒状材料时，在反复变形下具有所需的性能演变。
2019-06-24 cond-mat.soft
Contact rolling and deformation in granular media
本文考虑在不同尺度的旋转颗粒材料：单个颗粒的旋转，滚动和刚性旋转的颗粒对，旋转的相互作用的一个粒子在其集群的邻居，和旋转的材料区域。二维和三维（2D和3D）组件的数值，离散元方法（DEM）模拟表明，颗粒旋转是不同的，它们随着应变增加，直到材料开始软化，它们在空间模式中表示，即使在小应变。一对粒子的相互作用是三种模式的组合：接触变形模式、接触滚动模式和刚性对运动模式。每种模式的定义，包括四个不同的定义接触滚动。还定义了滚动卷曲，其描述了相邻颗粒围绕中心颗粒或子区域的累积滚动。在更大的尺度上，材料的变形和旋转是在材料的小的子区域内测量的，并且材料变形可以归因于接触滚动、接触变形和颗粒对的刚性旋转的单独贡献。在二维和三维模拟中测量了接触轧制的多样性和延伸。观察到一个占主导地位的滚动模式，这类似于滚动齿轮的相互作用。该图案可以延伸到距中心颗粒至少六个颗粒直径的距离。
2019-01-01 cond-mat.other cond-mat.soft
Fluid-driven deformation of a soft granular material
压缩一个多孔的、充满液体的材料将把间隙液从孔隙中挤出，就像从厨房海绵中挤出水一样。然而，将流体注入多孔材料中会使固体结构变形，如在压裂页岩以回收天然气时。这些孔隙力学相互作用在地质和生物系统中发挥着重要作用，从岩浆通过地幔的传播到流体通过活细胞和组织的运输。孔隙弹性理论在模拟相对简单系统的孔隙力学行为方面已经取得了很大的成功，但是这种连续介质理论从根本上受到我们对流体和固体之间孔隙尺度相互作用的理解的限制，并且这些问题在实验室环境中很难研究。在这里，我们提出了一个高分辨率的测量注入驱动的孔隙力学变形的系统与颗粒微观结构：我们注入流体到一个致密的，封闭的单层软颗粒，并使用粒子跟踪揭示多尺度变形场的动态。我们发现，基于多孔弹性理论的连续介质模型捕捉某些宏观特征的变形，但颗粒尺度的变形场表现出戏剧性的偏离光滑，连续的行为。我们观察到颗粒尺度的重排和滞后，以及花瓣状的介观结构，通过螺旋剪切带连接到材料故障。
2015-02-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Shear zone refraction and deflection in layered granular materials
对层状散粒体中剪切带的折射和偏转进行了实验和数值研究。我们表明，（i）根据最近的理论预测[T。Unger，Phys. Rev. Lett. 98，018301（2007）]剪切带在层状系统中类似于光折射地起作用，（ii）带折射遵守从几何光学已知的斯涅耳定律，以及（iii）在自然压力条件下（即在存在重力的情况下），该带也可以通过界面偏转，从而避免高摩擦材料的变形。
2009-12-09 cond-mat.soft
Microstructure evolution of compressible granular systems under large deformations
我们报告的三维粒子力学静态计算，预测的微观结构演变过程中模压弹性球形颗粒的相对密度接近一。我们采用了一个非局部接触配方，保持预测在高水平的限制，通过删除经典的假设，粒子之间的接触制定本地作为独立的对相互作用。该方法表明，配位数取决于可压缩性的水平，即，粒子的泊松比。结果还表明，颗粒之间和颗粒与壁之间的接触力的分布，虽然类似的堵塞开始，是非常不同的，在充分压实。颗粒壁力与文献中报道的实验测量结果非常一致，为桥接实验边界观测与批量行为提供了一个统一的框架。
2016-02-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
