Stationary state volume fluctuations in a granular medium
静态颗粒材料的统计描述需要遍历采样的相空间所跨越的不同配置的颗粒。我们对玻璃珠柱进行周期性振荡，发现后流化态的体积分数φ序列是与历史无关的，并且是关于定态的高斯分布。作为phi的函数，phi的标准差表现出与统计独立区域的数量中的最大值相对应的最小值。涨落的测量使我们能够确定压实度X，这是Edwards和Oakeshott [Physica A { \bf 157}，1080（1989）]的统计理论中引入的一个类似温度的状态变量。
2005-03-31 cond-mat.stat-mech
Failure of the Volume Function in Granular Statistical Mechanics and an Alternative Formulation
我们首先表明，目前公认的颗粒物质的统计力学是有缺陷的。原因是它是基于体积函数，它只依赖于所有结构自由度的一小部分，并且不受大多数构型微观状态的影响。因此，常用的配分函数严重低估了熵。然后，我们提出了一个新的配方，取代体积函数与${\it connectivity}$功能，依赖于所有的结构自由度和帐户正确的整个熵。我们讨论了新的形式主义的优点，并得出明确的结果，二维和三维系统。我们通过计算实验二维系统的熵来测试形式主义，作为系统大小的函数，并表明它是一个广泛的变量。
2016-04-14 cond-mat.stat-mech
Void statistics and compactivity measurement in an experimental granular pile
本文对两种不同的颗粒和两种压实程度的二维颗粒堆积的自由体积进行了实验研究。为了获得新的洞察颗粒介质的统计描述，我们测量的自由体积分布在集群的大小增加。我们的主要结果是，自由体积分布的对数规模在一个非广泛的方式与集群的大小，同时仍然能够提取两个密集的参数。我们讨论了这些参数的解释，和后果的nonextensivity对可能的测量爱德华兹的“压实”。
2006-03-25 cond-mat.stat-mech
Edwards entropy and compactivity in a model of granular matter
制定一个统计力学颗粒物质仍然是一个重大的挑战，部分原因是由于与一个完整的表征所研究的系统的困难。我们提出了一个充分表征的模型组成的颗粒状材料的$N$二维，无摩擦，硬盘，硬壁之间的限制，包括一个完整的枚举所有可能的卡住的结构。我们表明，堵塞的填料的属性是独立的系统内的缺陷的分布，所有的填料是均衡的。这表明等体积态等概率的假设，这提供了一种可能的方法来构建一个微正则系综的等效，很可能是我们的模型。热力学第二定律的应用，涉及两个子系统的接触表明，预期的自发平衡的缺陷之间的两个是伴随着熵的增加和平衡，通过熵最大化，其特征在于由压实的平等。最后，我们探讨了该系统的正则系综的等价性质。
2011-02-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Granular entropy: Explicit calculations for planar assemblies
本文提出了一种新的体积函数来计算平面颗粒集合体的熵。该函数是从一个新的几何张量的反对称部分提取的，并且在谷物上求和时是严格可加的。它导致一个方便的小相空间的识别。几个案例研究，我们明确计算的平均体积和体积波动的体积函数的效用证明。
2003-03-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Simulations support protocol independency of the granular temperature
一种可能的方法来统计描述颗粒组装开始于爱德华兹的假设，即所有阻塞状态占据相同的体积是同样可能的（S.F.爱德华兹，R。Oakeshott，Physica A 157，1080（1989））。我们进行了计算机模拟，使用二维多边形颗粒定期激发根据两种不同的协议：激发脉冲的“负重力”和激发“旋转重力”。第一个协议表现出非单调的依赖性的平均体积分数的脉冲强度。重叠直方图方法用于检验体积分布是否由Boltzmann分布描述，并计算逆压缩性以及分区和的对数。我们发现，平均体积是一个独特的功能的测量颗粒温度，独立的协议和分支$ϕ(g)$和所有确定的数量与爱德华兹的理论。
2015-10-21 cond-mat.stat-mech
Pressure control using stochastic cell rescaling
分子动力学模拟要求恒压器在恒定压力下进行。通常的方法是首先使用Berendsen恒压器，它在平衡中显示一阶体积弛豫效率，但会导致不正确的体积波动，然后使用二阶或蒙特卡罗恒压器进行生产运行。在本文中，我们介绍了随机细胞重新缩放，一阶恒压器，包括一个合适的噪声项的样本正确的体积波动。该算法被示出报告兼容的等压合奏和其各向异性的变体上的膜模拟体积波动。随机单元重新缩放可以在现有代码中直接实现，并且可以有效地用于平衡和生产阶段。
2020-08-26 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph physics.comp-ph
Free volume distributions inside a bidimensional granular medium
我们在二维单元内实验研究了与单个颗粒或颗粒簇相关的自由体积的分布。我们的主要结果是，在N个颗粒的簇中找到每个颗粒的自由体积v_N^f的概率的对数标度为N^alpha g（v_N^f），其中alpha = 0.75。我们解释这个非广泛的比例因子N^alpha作为一个证据，为个别晶粒的自由体积之间的长程相关性的发病。讨论了g（v_N^f）与Edwards熵之间的可能关系。
2005-02-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Statistics of a 2D immersed granular gas magnetically forced in volume
本文实验研究垂直振荡磁场远程驱动流体中磁体构成的二维颗粒气体，发现其无团簇和能量均分，速度分布呈指数约为3/2的拉伸指数形式，并揭示了碰撞中角动量向线性动量转化率对动力学的控制作用。
2023-06-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Towards a relevant set of state variables to describe static granular packings
我们分析，实验和数值模拟，稳态，通过攻丝，二维颗粒层。与通常的假设相反，我们表明，可逆的（稳态分支）的密度-加速度曲线是非单调的。因此，通过以非常不同的强度敲击系统，可以达到具有相同平均体积的稳定状态。对耗散摩擦圆盘的模拟表明，等体积稳态时，力矩张量的值不同。此外，我们发现，可以通过改变持续时间的水龙头，这些国家提出不同的平均体积的稳定状态的相等的应力。这些结果证实了以前的猜测，体积和力矩张量都需要在静态颗粒组装体的平衡态的唯一描述。
2010-11-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Local origins of volume fraction fluctuations in dense granular materials
先前已经观察到颗粒材料内的局部体积分数的波动随着系统接近堵塞而减小。我们实验研究边界条件和颗粒间摩擦$μ$的作用，在这种关系的一个致密的粒状材料的双分散颗粒驱动下，无论是恒定的体积或恒定的压力。利用自由基Vorono-tessellation，我们发现的局部体积分数$ϕ$的方差单调减少，系统变得更加密集，独立的边界条件和$μ$。我们研究的普遍性和起源，这一趋势使用实验和最近的granocentric模型\cite{Clusel-2009-GMR,Corwin-2010-MRP}，修改绘制粒子位置从任意分布${\cal P}(s)$的邻居距离$s$。观察到的${\cal P}(s)$的平均值和方差由$\bar ϕ$控制的单个长度量表描述。通过颗粒中心模型，我们观察到不同功能形式的${\cal P}(s)$都产生了波动减小的趋势，但只有实验观测到的${\cal P}(s)$与测量到的$ϕ$波动提供了定量的一致性。因此，我们发现，${\cal P}(s)$和${\cal P}(ϕ)$编码类似的信息，所观察到的包装合奏，并相互连接的本地granocentric模型。
2010-11-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Probing ergodicity in granular matter
当一个颗粒系统被点击时，它的体积会发生变化。在这里，使用一个定义良好的宏观协议，我们准备了一个合奏的颗粒系统和跟踪统计的体积变化作为一个功能的水龙头的数量。这与以前的研究相反，以前的研究集中在单一的轨迹和假设遍历性。我们设计了一种新的方法来评估一系列的合奏体积直方图的收敛性能，并引入一个合理的近似版本的不变直方图。然后，我们将这些不变的直方图与通过对一个系统的长轨迹进行采样生成的直方图进行比较，并观察非遍历性，我们对其进行量化。最后，我们使用重叠直方图的方法来评估潜在的兼容性与爱德华兹的典型假设。我们的直方图与这个假设不一致。
2012-10-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Compaction dynamics of a granular media under vertical tapping
我们报告新的实验结果下连续的垂直水龙头颗粒压实。的平均体积分数和平均势能的颗粒填料的演变提出了一个缓慢的致密化，直到最终的稳定状态，并让人想起通常的玻璃松弛通过拉伸指数法。根据阿耳茨纽斯的类型关系，轻敲的强度似乎决定了弛豫的特征时间。最后，分析的垂直体积分数分布揭示了一个几乎均匀的致密化的填料。
2002-10-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effect of Excluded Volume and Anisotropy on Granular Statistics: 'Fermi Statistics' and Condensation
我们探讨了排除体积相互作用的硬球在高密度的后果，并提出了一个理论，激发颗粒材料。我们首先证明，在重力的存在下，颗粒密度跨越从玻尔兹曼费米统计，当温度降低在弱激发极限。数值模拟与我们关于温度随搅拌频率、重力和颗粒直径的标度行为的预测的比较显示出令人满意的一致性。接下来，在硬球的Enskog理论的框架内，我们将这种交叉解释为从稀气体状态到高密度固体状状态的硬球的“凝聚”。在高密度，低温极限Enskog理论失败，因为它预测的密度大于密堆积密度低于一定的温度。我们展示了如何通过构建一个物理解将Enskoq理论的适用范围扩展到任意低温：假设所有位于密度大于某个最大密度的区域中的粒子都是“凝聚的”。'
1999-09-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Criticality and Scaling Relations in a Sheared Granular Material
研究了剪切作用下致密颗粒材料的流变特性。通过对等体积系统的数值实验，我们发现了一个临界体积分数，在该临界体积分数下，剪切应力和压力都是剪切应变率的幂律函数。我们还提出了一个简单的缩放参数，确定幂律指数。利用这些结果，我们解释了在恒压下的系统中观察到的幂律行为。
2006-09-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Investigating Disordered Granular Matter via Ordered Geometric Fragmentation
Independent Researcher, Auckland, New Zealand
研究颗粒物质在逐步碎裂过程中占据体积的变化，通过几何模型发现碎裂过程非单调，体积先超初始值后单调减少，且与颗粒数无关，同时揭示了不同配置的几何相变。
2026-03-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Shear flow of angular grains: acoustic effects and non-monotonic rate dependence of volume
天然存在的颗粒材料通常由角形颗粒组成，其形状和摩擦特性可能对宏观流动流变学具有重要影响。本文从理论上解释了最近在实验中观察到的一种特殊的自声压缩现象--角形颗粒中剪切带体积随剪切速率的非单调变化。我们的方法是基于这样的概念，即颗粒材料的体积是由一个有效的无序温度被称为压实度。被驱动颗粒材料中的噪声源耦合其各种自由度和环境，导致它们之间的熵流。颗粒尺度动力学由颗粒流的剪切转变区（STZ）理论描述，该理论解释了局部流动缺陷中的不可逆塑性形变，其密度由构型无序状态决定。为了模拟晶粒形状和摩擦特性的影响，我们提出了一个Ising样的内部变量来解释最近邻晶粒互锁和几何挫折，并解释摩擦的影响作为一个声学噪声强度。我们的实验测量和理论预测之间的定量协议，并提出额外的实验，提供严格的测试新的理论元素。
2014-08-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Analysis by x-ray microtomography of a granular packing undergoing compaction
几个收购的X射线显微层析成像已被执行的珠填料，而它压实下的垂直振动。图像分析允许研究其渐进致密化过程中的填料结构的演变。特别是，孔隙的体积分布揭示了一个大的尾巴，符合指数规律，随着系统变得更加紧凑，它慢慢减少。对于大孔隙，这与自由体积理论相当一致。这些结果也是在很好的协议与以前的数值模型所获得的颗粒压实。
2003-08-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Tuning the bulk properties of bidisperse granular mixtures by small amount of fines
利用离散元模拟方法研究了各向同性双分散颗粒混合物的体积性质。重点是两种组分的尺寸（半径）比和体积分数对混合物性质的影响。我们表明，一个致密的颗粒（基地）组件的有效体积模量可以提高高达20%，取代少至5%的体积与较小尺寸的颗粒。相似尺寸的颗粒几乎不影响混合物的宏观性质。在另一个极端，当包含大量的细颗粒时，它们中的大多数位于基材的空隙中，充当振动器，导致整体弱化效果。在这两个极限之间，找到了一个最佳的尺寸比，使混合物的体积模量最大化。对于松散的系统，体积模量随着细粉的加入而单调下降，而与尺寸比无关。最后，我们涉及的混合物性质的“典型的”孔径在一个无序的结构所引起的操作体积分数（固结）和尺寸比的综合效应。
2016-07-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Flow, Ordering and Jamming of Sheared Granular Suspensions
采用定体积分子动力学模拟研究了颗粒悬浮体在恒定剪切力作用下的流变特性。我们推导出系统的“流程图”中的体积分数/应力平面$(ϕ,F)$：在低$ϕ$的流动是无序的，与粘度服从Bagnold样的缩放只有在小$F$和发散的堵塞点接近，如果剪切应力是足够强，在较高的$ϕ$有序的流动状态被发现，有序/无序过渡的粘度急剧下降的标志。一个广泛的干扰区域也观察到，在类比与热系统的玻璃态区域，缓慢的动力学随后动力学逮捕时发生的有序过渡被阻止。
2008-02-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hydrodynamic Correlation Functions of a Driven Granular Fluid in Steady State
我们研究了均匀驱动的颗粒流体的硬球在中等体积分数和专注于时间延迟的关联函数在定态。非弹性碰撞是由不完全正常恢复建模，允许有效的模拟与事件驱动的算法。非相干散射函数F_incoh（q，t）遵循时间-密度叠加，弛豫时间随体积分数的增加而显著增加。粒子位移的统计近似为高斯分布。对于相干散射函数S（q，ω），我们比较我们的结果的预测，考虑到温度波动衰减扩散或有限的松弛率，取决于波数和非弹性的广义波动流体力学。对于足够小的波数q，我们在相干散射函数S（q，ω）和纵向流关联函数C_l（q，ω）中观察到声波。我们确定的声速和传输系数，并比较它们的动力学理论的结果。
2010-07-27 cond-mat.stat-mech
Is there a Granular Potential?
颗粒状材料，如沙子或谷物，表现出许多结构和动力学特性类似于分子系统中观察到的那些，尽管温度对其性质没有影响。这导致了一个努力，以开发一个统计力学的颗粒材料，重点是建立一个等效的微正则系综和一个类似温度的热力学变量。在这里，我们扩大这些想法，通过引入颗粒势到爱德华兹系综，作为一个类似的化学势，并探讨其性质使用一个简单的模型的颗粒系统。一个简单的动力学蒙特卡罗模拟的模型显示了质量传输的平衡，这是如何连接到系统中的体积再分配的效果。一个精确的分析处理的模型表明，压实度和颗粒的潜力的压实度的比率确定两个开放的系统，能够交换体积和颗粒之间的平衡，和质量移动从高到低的值，这个比例。对颗粒势的分析表明，在高压实度下，加入颗粒使系统的熵增加，而在低压实度下则使系统的熵减小。最后，我们演示了使用一个小系统热力学方法测量颗粒电势差。
2023-01-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Structural transitions in granular packs: statistical mechanics and statistical geometry investigations
我们调查平等的球体包装从几个实验和大量不同的数值模拟产生。这些无序包装的结构组织的共同邻居的网络方面进行了研究。该几何分析揭示了在对应于所谓的随机松散堆积极限（RLP，$ρ\sim 0.555$）和随机紧密堆积极限（RCP，$ρ\sim 0.645$）的堆积分数（相对于总体积，由球体占据的体积分数，$ρ$）处发生的网络聚类的急剧变化。在这些包装分数，我们也观察到突然的变化，在波动的自由体积的一部分，每个球周围。我们分析了这种波动的统计力学的方法，我们表明，这些异常与急剧变化的广义natural变量，这是类似于这些非热系统的比热在热系统。
2008-06-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Random very loose packs
我们测量的数量欧米茄（φ）的机械稳定状态的体积分数φ的颗粒组装在重力下。颗粒熵S（phi）= log Omega（phi）在高密度时（phi = phi_rcp）和低密度时（phi = phi_rvlp）都为零，其中phi_rvlp是一个新的下界，我们称之为随机非常松散包。phi_rlp是熵最大时的体积分数。这些研究结果允许一个清晰的解释压实实验，并提供了第一个第一原理的随机松散体积分数的定义。在静态颗粒材料的统计力学方法的背景下，具有phi < phi_rlp的状态的特征在于负温度。
2008-09-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Enskog Theory for Polydisperse Granular Mixtures. III. Comparison of dense and dilute transport coefficients and equations of state for a binary mixture
本研究的目的是评估密相处理的颗粒，二元混合物相对于以前的稀相处理的流体动力学描述的影响。为此目的考虑了两种理论。第一种是Garzó和Dufty（GD）[Phys. Fluids { \bf 14}，146（2002）]提出的，它基于玻尔兹曼方程，该方程没有包含有限体积效应，因此限制了它在稀释流中的应用。第二种理论由Garzó、Hrenya和Dufty（GHD）[Phys. Rev. E { \bf 76}，31303和031304（2007）]提出，是从恩斯科格方程推导出来的，该方程考虑了有限体积效应;因此，该理论也可以应用于中等密度的系统。为了证明相对于其稀对应物的密相处理的意义，在一系列物理参数（体积分数、恢复系数、材料密度比、直径比和混合物组合物）上绘制了所有相关传输系数和状态方程的密相（GHD）与稀相（GD）预测的比率。这些图显示了两种处理之间的偏差，即使在物理参数的中等值下，偏差也可能变得相当大（$>$ 100%）。当选择哪种理论最适用于给定情况时，这些信息将是有用的，因为稀理论提供相对简单性，而稠密理论提供改进的准确性。同样重要的是要注意到，对原始GHD表达式的几个修正在这里以一个完整的、自包含的相关方程组的形式给出。
2011-03-11 cond-mat.stat-mech
Nonadditivity of Fluctuation-Induced Forces in Fluidized Granular Media
我们研究了浸入随机驱动颗粒流体中的入侵粒子之间的有效长程相互作用。两个入侵者之间的有效Casimir力，引起的波动的流体动力场，可以改变其符号时，改变控制参数：体积分数，入侵者之间的距离，和恢复系数。更有趣的是，通过插入更多的入侵者，我们验证了波动引起的相互作用不是成对加性的。模拟结果与基于模式耦合计算的理论预测定性一致。这些结果为研究流化颗粒介质中集体行为的机理提供了新的思路。
2012-05-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Volume fluctuations and linear response in a simple model of compaction
本文通过一个简单的模型系统，研究了稳态下轻敲散粒体的总体积涨落。在一个系统的限制与大量的粒子，他们被发现是高斯分布，并提供了明确的表达式的平均值和方差。实验和分子动力学的结果进行了分析和定性比较与模型预测。讨论了考虑开放或封闭系统的相关性，以及由一些作者引入的Edwards紧性和有效（构型）温度的含义和性质。最后，线性响应的振动强度的变化也进行了研究。一个KWW衰减的体积响应函数被清楚地确定。这似乎证实了外部激发的颗粒系统和结构玻璃之间的某种相似性。
2007-07-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Avalanche contribution to shear modulus of granular materials
数值研究了无摩擦颗粒材料在振荡剪切作用下堵塞过渡区附近的剪切模量。研究发现，对于颗粒间弹性相互作用的线性弹簧模型，剪切模量$G$满足一个标度律，在$G \sim (ϕ- ϕ_J)^{1/2}$和$G \sim γ_0^{-1/2}(ϕ-ϕ_J)$之间插值，其中$ϕ$、$ϕ_J$和$γ_0$分别为颗粒的体积分数、堵塞点处的分数和振荡剪切的振幅。剪切模量与$ϕ- ϕ_J$之间的线性关系可以通过滑动雪崩来理解。
2014-10-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Edwards Statistical Mechanics for Jammed Granular Matter
在1989年，山姆·爱德华兹爵士提出了一个有远见的建议，使用类似于热平衡统计力学的等概率堵塞状态的体积系综来处理堵塞的颗粒材料，尽管它们具有固有的非热特性。从那时起，统计力学的方法堵塞的物质已经获得了大量的关注，由理论家和实验学家。在这里，我们回顾了一个系统的方法来堵塞的问题的基础上爱德华兹统计力学合奏。我们讨论了基于体积函数的微正则系综和正则系综的构造，它取代了阻塞系统中的哈密顿量。在各个层次的近似方案的重要性，强调导致合奏平均数量，如包装分数和接触力分布的定量预测。概述了阻塞状态的现象学和实验，模拟和理论模型，仔细检查强假设爱德华兹的方法，包括最近的结果表明爱德华兹遍历假设的有效性阻塞状态。讨论了组成颗粒范围从球形到非球形（如二聚体、聚合物、椭圆体、球柱体或四面体）、硬颗粒和软颗粒、摩擦颗粒、无摩擦颗粒和粘性颗粒、任何尺寸的单分散颗粒和多分散颗粒的包装的理论框架，提供了对所有堵塞物质统一相图的见解。此外，还建立了Edwards系综亚稳堵塞态与自旋玻璃亚稳性之间的联系。这突出表明，包装问题可以被理解为一个约束满足问题排除体积和力和扭矩平衡导致爱德华兹合奏之间的统一框架的等概率堵塞状态和平衡自旋玻璃。
2017-10-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
