Bulk Modulus along Jamming Transition Lines of Bidisperse Granular Packings
通过三维离散元模拟，研究了双分散颗粒堆积的堵塞密度和体积模量随尺寸比及小颗粒浓度的变化，发现体积模量在最大堵塞密度处跳变，小颗粒堵塞影响系统内部阻力，为调节体积模量等性质提供依据。
2022-11-17 cond-mat.soft
Vibrational similarities in jamming-unjamming of polycrystalline and disordered granular packings
通过离散元模拟发现，多晶与无序颗粒堆积体在堵塞-去堵塞循环中低频振动指数变化不同，但距堵塞密度相同距离处指数与历史无关，表明振动特征可恢复。
2025-06-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Jamming of Bidisperse Frictional Spheres
通过推广无摩擦球的几何参数，提出了一个模型的堵塞密度$ϕ_J$的机械稳定填料的双分散，摩擦球。单分散、$μ_s$依赖的干扰密度$ϕ_J^{\mathrm{mono}}(μ_s)$是模型中所需的唯一输入，其中$μ_s$是摩擦系数.该模型的预测进行了验证的稳健估计$ϕ_J$从计算机模拟的$10^7$颗粒广泛的$μ_s$，和尺寸比高达40：1。尽管对于所有$μ_s$，$ϕ_J$随小球体体积分数$f^s$非单调变化，但在最佳$f^{s}_{\mathrm{max}}$处其最大值$ϕ_{J,\mathrm{max}}$都是$μ_s$依赖的。最佳的$f^{s}_{\mathrm{max}}$的特点是小响尾蛇颗粒的分数急剧过渡。
2021-08-16 cond-mat.soft
Free volume distribution of nearly jammed hard sphere packings
我们计算了单分散和双分散硬球构型的近堵塞堆积的自由体积分布。这些分布与流体的分布在性质上不同，在大的自由体积处显示幂律尾部，这构成了几乎堵塞的配置的明显特征，持续中等程度的减压。我们再现和解释所观察到的分布，考虑对关联函数内的第一协调壳层堵塞硬球配置。分析了阻塞附近状态方程的特征，讨论了观测到的自由体积非球面性对状态方程的意义。
2014-07-25 cond-mat.soft
Elongation and percolation of defect motifs in anisotropic packing problems
我们研究结晶和无定形包装的各向异性物体的表面上的不同属之间的制度，通过不断改变它们的尺寸分布或形状从单分散的球体的双分散的混合物或单分散的椭球体颗粒，我们还考虑了一个各向异性的变体的汤姆逊问题的混合物的费用。随着各向异性的增加，我们首先观察到的中间取向有序的六角相的平移顺序的破坏，由纳尔逊，鲁宾斯坦和Spaepen提出的，然后过渡到非晶态。通过分析诱导的向错图案的结构，我们表明，六方晶-非晶转变是由向错晶界的生长和连接引起的，这表明这种转变在所考虑的方案中属于渗流普适类。
2021-04-01 cond-mat.soft
Elasticity of bidisperse attractive particle systems
本文通过粗粒化分子模拟和渐近模型研究双分散吸引粒子系统，发现剪切模量随双分散度增加而提高，并揭示其微观结构机制，为设计力学性能可调的粒子基材料提供了新策略。
2025-04-11 cond-mat.soft physics.comp-ph
Estimating random close packing in polydisperse and bidisperse hard spheres via an equilibrium model of crowding
我们发现，拥挤的流体和硬球卡住的阶段之间的类比捕获的密度依赖性的接吻数为一个家庭的数值生成的卡住的状态。我们将这种类比扩展到$d=3$维度中硬球混合物的堵塞，从而获得随机紧密堆积（RCP）体积分数，$ϕ_{\textrm{RCP}}$，作为大小多分散性的函数的估计。我们首先考虑具有离散分布的颗粒尺寸的混合物。对于二元系统，我们的预测和模拟之间的协议，使用我们自己的和以前的作品中报道的结果，以及最近的实验从文献中的协议。然后，我们将我们的方法与连续的多分散性系统，使用三种不同的粒度分布，即对数正态分布，伽玛，截断幂律分布。在所有情况下，我们观察到我们的理论研究结果和数值计算结果之间的协议相当大的多分散性的所有粒度分布，作为参考时，我们自己的模拟和结果从文献中。特别是，我们发现$ϕ_{\textrm{RCP}}$随着分布的相对标准偏差$s_σ$单调增加，并在始终低于1的值处饱和。微扰展开产生$ϕ_{\textrm{RCP}}$的封闭形式的表达式，其定量地捕获$s_σ < 0.5$的分布独立的制度。在该制度之外，我们表明，协议的逐渐损失与大小分布的偏度的增长有关。
2023-01-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Tetrahedral colloidal clusters from random parking of bidisperse spheres
使用实验和模拟，我们研究了胶体球不可逆地粘在或“停”在更小的球体上时形成的簇。我们使用带相反电荷的粒子或用互补DNA序列标记的粒子，并且我们改变大球体半径与小球体半径的比率$α$。一旦结合，大的球体不能重新排列，因此簇不会形成致密或对称的堆积。然而，这种随机聚集过程产生了一个显着狭窄的集群分布与近90%的四面体在$α=2.45$。在$α=2.41$的模拟中，四面体的高产率达到100%，这不仅仅是因为填充约束，还因为存在一个长时间的下限，我们称之为“最小停车”数。我们推导出这个下限从解决方案的经典数学问题的球形覆盖，我们表明，有一个临界尺寸比$α_c=(1+\sqrt{2})\approx 2.41$，接近观察到的最大产量点，其中下限等于上限设置包装约束。随机聚集过程中临界值的出现提供了一种强大的方法来组装均匀的簇，用于各种应用，包括超材料。
2012-12-26 cond-mat.soft math-ph math.MP
Vibrations of Jammed Disk Packings with Hertzian Interactions
颗粒间的接触破坏和赫兹相互作用都可以引起静态颗粒填料的非线性振动响应。我们进行分子动力学模拟在恒定的能量在2D的无摩擦双分散磁盘，通过赫兹弹簧势作为能量的函数相互作用，并直接测量的振动响应从傅立叶变换的速度自相关函数。我们比较测量的振动响应的静态填料附近的干扰发病从动态矩阵的特征值，以确定温度以上的线性响应打破。我们比较包装，通过单面（纯粹的排斥）和双面赫兹弹簧相互作用的相互作用解开的影响的潜在的形状从接触断裂。我们的研究表明，虽然赫兹的相互作用导致弱非线性的振动行为（例如，产生谐波的动力学矩阵的本征频率），振动响应的静态填料与赫兹接触相互作用的主要是由接触破坏的系统中发现的排斥线性弹簧相互作用。
2013-09-03 cond-mat.soft
The Geometrical Structure of Disordered Sphere Packings
本文用X射线计算机断层成像研究了体积分数为0.58 ~ 0.64的单尺寸球形大填料的三维结构。我们寻找签名的组织，我们分类的地方安排，我们探索的影响，当地的几何约束的全球包装。这项研究是迄今为止在颗粒尺度上对无序堆积进行的最大和最准确的经验分析，绘制了超过140，000个球坐标。我们讨论了拓扑和几何的方式来表征和分类这些系统，并讨论了影响，当地的几何形状可以对这些无定形结构的形成机制。
2005-02-01 cond-mat.soft
Effect of confinement on dense packings of rigid frictionless spheres and polyhedra
我们数值研究的固体分数和结构上的三维随机紧密堆积（RCP）颗粒材料受重力约束的约束的影响。颗粒形状（球形或多面体），材料的多分散性和限制壁摩擦的影响，这种依赖性进行了研究。与一个简单的几何模型一致，固相分数被发现线性减少，无论晶粒形状的约束增加。此外，这种下降仍然有效的双分散球填料，虽然梯度似乎显着降低时，小颗粒的比例达到40%的体积。配位数上的约束效应也被捕获的上述模型的扩展。
2012-12-10 cond-mat.other cond-mat.soft
Confined packings of frictionless spheres and polyhedra
通过数值模拟，研究了重力作用下约束对三维随机密排（RCP）颗粒材料的影响。颗粒形状（球形或多面体）和多分散性对这种依赖性的影响进行了研究。与一个简单的几何模型一致，固相分数被发现线性减少，无论晶粒形状的约束增加。这种下降仍然有效的双分散球填料，虽然梯度似乎显着降低时，小颗粒的比例达到40%的体积。上述模型被扩展到捕获的约束上的配位数的效果。
2013-07-22 cond-mat.other cond-mat.soft
The response of jammed packings to thermal fluctuations
我们专注于无摩擦，bidisperse磁盘的机械稳定（MS）包装的热波动的响应，目的是量化非线性如何影响系统性能在有限温度下。具有纯排斥接触相互作用的盘的填充具有两种主要类型的非线性，一种来自相互作用势的形式，另一种来自颗粒间接触的断开（或形成）。要确定的温度制度，在该接触断开非线性开始作出贡献，我们首先计算的最低温度$T_{cb}$需要打破一个单一的接触在MS包装的$T=0$ MS包装的单一和多个本征模扰动。然后，我们研究了偏差的定容比热$C_V$和偏差的平均磁盘位置$Δr$从他们的$T=0$值的温度制度$T_{cb} < T < T_{r}$，其中$T_r$是温度超过该系统的样品盆地的一个新的MS包装。我们发现，在$T_{cb}$以上，每粒子比热$Δ{\overline C}_V^0/{\overline C}_V^0$相对于零温度值${\overline C}_V^0$的偏差会迅速增大，但是，随着系统尺寸的增大，偏差$Δ{\overline C}_V^0/{\overline C}_V^0$随着$N^{-1}$而减小.为了表征接触断裂与形状非线性的相对强度，我们测量了单侧和双侧线性和非线性弹簧相互作用的平均位置偏差$Δr^{ss}/Δr^{ds}$的比率。我们发现线性弹簧相互作用的$Δr^{ss}/Δr^{ds} > 100$与系统尺寸无关。
2017-10-04 cond-mat.soft
Pressure-dependent shear response of jammed packings of spherical particles
纯排斥性球形颗粒填充物对非热、准静态简单剪切的机械响应在堵塞开始时是高度非线性的。先前的研究表明，在小压力$p$下，整体平均静态剪切模量$\langle G-G_0 \rangle$与$p^α$成比例，其中$α\approx 1$，但高于特征压力$p^{**}$，$\langle G-G_0 \rangle \sim p^β$，其中$β\approx 0.5$。然而，我们发现，剪切模量$G^i$为一个单独的包装通常线性下降与$p$沿几何家庭的接触网络不改变。我们解决了这种差异表明，虽然剪切模量线性下降的几何家庭内，$\langle G \rangle$也取决于从不连续的跳跃在$\langle G \rangle$发生在几何家庭之间的过渡的贡献。对于$p > p^{**}$，几何家族和重排对$\langle G \rangle$的贡献具有相反的符号，并且对于所有系统尺寸保持相当。$\langle G \rangle$可以通过在两个幂律指数$α$和$β$之间平滑过渡的缩放函数来描述。我们还演示了{ \it压缩unjamming}的现象，其中堵塞的包装可以通过各向同性压缩unjamming。
2019-08-26 cond-mat.soft
The Geometry behind the Glass Transition and Frictional Jamming in Systems of Two-Dimensional Hard Disks
研究通过几何学揭示了二维刚性圆盘系统中玻璃转变与摩擦性阻塞的内在机制，指出动态转变由全等五边形铺砌引发，其影响延伸至三维结构。
2026-01-01 cond-mat.soft
Close packing density of polydisperse hard spheres
在3D中各向同性地填充相等大小的球体的最有效方法被称为随机紧密堆积状态，这为物理和工程中的许多近似提供了起点。然而，真实颗粒材料的粒度分布从来不是单分散的。在这里，我们提出了一个简单而准确的近似随机紧密堆积密度的硬球的任何尺寸分布，映射到一个一维的问题的基础上。为了验证这一理论，我们进行了广泛的模拟与流体动力学摩擦的弹性球的混合物。模拟结果表明，一般（但弱）的最终（基本上是硬球）的堆积密度对流体粘度和颗粒尺寸的依赖性，但这可以通过选择一个特定的质量和颗粒尺寸之间的关系，使随机紧密堆积的体积分数定义良好，以消除。我们的理论与双分散，三分散和对数正态分布的模拟吻合得很好，并正确地再现了大尺寸比的精确极限。
2009-12-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Jaming and Geometry of Two-Dimensional Foams
我们实验探测堵塞点J的附近，位于密度$ϕ$对应于随机紧密堆积（$ϕ_{rcp} = 0.842$），在二维，双分散包装的泡沫气泡。我们改变泡沫层的密度，并通过图像分析提取几何测量。我们确认预测缩放的平均接触数Z与$ϕ$和比较一个简单的模型分布的本地接触数。我们进一步建立了区域$p(A)$的分布强烈依赖于$ϕ$。最后，我们发现接触力的分布$p(f)$系统地随密度而变化。
2010-07-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Random close packing revisited: How many ways can we pack frictionless disks?
我们使用一种算法在2d中创建50-50个双分散混合物的光滑圆盘的集体堵塞（CJ）包装，在该算法中，我们连续压缩或膨胀软颗粒，并在每一步最小化总能量，直到颗粒刚好接触。我们专注于2D中的小系统，因此能够找到每个系统大小的几乎所有集体堵塞状态。我们将用于在特定填充分数$ϕ$处获得集体堵塞状态的概率$P(ϕ)$分解为两个复合函数：1）CJ填充分数的密度$ρ(ϕ)$，其仅取决于几何形状;以及2）频率分布$β(ϕ)$，其取决于用于创建它们的特定算法。我们发现，功能$ρ(ϕ)$是尖锐的峰值和$β(ϕ)$指数依赖于$ϕ$。我们预测，在无限系统尺寸限制的行为$P(ϕ)$在这些系统中是由CJ包装分数的密度-而不是频率分布。这些结果表明，当$N \to \infty$时，$P(ϕ)$中峰的位置可用作随机紧密堆积的协议无关定义。
2005-03-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Geometrical families of mechanically stable granular packings
我们列举和分类几乎所有可能的机械稳定（MS）包装的bidipserse混合物的无摩擦磁盘在小剪切系统。我们发现，MS包装形成连续的几何家庭，其中每个家庭是由其特定的网络的颗粒接触。我们还监测MS包装沿几何家庭的动态应用准静态简单的剪切应变在零压力。对于少量的粒子（N < 16），我们发现动力学是确定性的和高度收缩的。也就是说，如果系统在给定的剪切应变下以MS填充初始化，则它将在随后的剪切应变下快速锁定到周期性轨道中，并且因此仅对处于稳定状态的可能MS填充的非常小的部分进行采样。在N>16的研究中，我们观察到周期的增加和由位形空间中的分叉引起的轨迹的随机分裂。我们认为，在大系统中的分裂和收缩率的比例将决定的MS-包装几何家庭的分布在稳态访问。这项工作是我们长期研究计划的一部分，开发一个主方程形式主义来描述宏观缓慢驱动的颗粒系统的小子系统的集合。
2009-09-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Anomalous Stress Fluctuations in Athermal Two Dimensional Amorphous Solids
我们数值研究了局部应力分布在非热，各向同性应力，机械稳定，包装的双分散无摩擦磁盘以上的堵塞过渡在两个维度。考虑到傅立叶变换的局部应力，我们发现的证据代数增加波动的各向同性和各向异性分量的应力张量在小波数，最近的理论预测相反。这种增加的波动意味着在大尺度上应力缺乏自平均。这些增加的波动的交叉定义了长度尺度$\ell_0$，然而，看起来$\ell_0$不随填充分数$ϕ$变化太多，当$ϕ$接近阻塞$ϕ_J$时，$\ell_0$也不发散。我们还发现类似的大长度尺度的波动的应力在淬火的Lennard-Jones液体的固有状态，使我们推测，这种波动可能是一个一般性质的非晶态固体在两个维度。
2017-09-01 cond-mat.soft
Intrinsic structural features in jammed disordered packing of monodisperse spheres
提出了一种新的四面体结构模型，系统地表征了不同摩擦系数的单分散球堵塞无序堆积的几何结构。一个内在的结构特征，揭示了所有堵塞的无序填料，这是由包装分数，独立于颗粒间的摩擦。此外，与晶相相关的结构构型比几何阻挫构型更普遍。此外，不规则的单形被发现在密度的增加中起着关键作用，而不是规则的单形，与以前的预期相反。我们的模型提供了一个内在的结构基础的随机密堆积。
2020-10-05 cond-mat.soft
Volume fluctuations and geometrical constraints in granular packs
结构组织和相关性进行了研究，在非常大的包装等尺寸的丙烯酸类球体，重建的三维X射线计算机断层成像。一种新的技术，旨在分析两个以上的领域之间的相关性，表明结构组织可以方便地研究在一个空间填充包装的不规则四面体。对这种四面体的体积分布的研究揭示了在大体积区域中的指数衰减;这种行为与理论预测非常吻合。我认为，该系统的结构可以被描述为由两个阶段组成：1）一个“无约束”的阶段，自由地分享的体积; 2）一个“约束”的阶段，假设相应的配置与几何约束的条件下，不重叠的领域和机械稳定性。颗粒系统利用异质性最大化的自由和熵，同时限制机械稳定性。
2005-07-12 cond-mat.soft
Geometrical properties of rigid frictionless granular packings as a function of particle size and shape
采用三维离散数值模拟方法研究了密排无摩擦颗粒集合体的性质与颗粒多分散性和形状的关系。与某些实验结果不同的是，模拟结果表明，轴面体（八面凸多面体）的无序堆积比球形或圆形颗粒的无定形堆积具有更高的固体分数值，从而满足了焦和同事对随机堆积的Ulam猜想的类似[Y. Jiao和S. Torquato，Phys. Rev. E $\textbf{84}$，$041309$（$2011$）]。实验结果和数值结果之间的这种表面差异被认为是由于通过实验致密化过程克服颗粒间摩擦的困难。此外，固体分数被证明是进一步增加的双分散性和峰值时，小颗粒的体积比例达到$30\%$。另外，用高达$50\%$的扁平轴面代替等距轴面，固体分数降低，特别是当扁平颗粒也被拉长时。然而，与多分散性相比，颗粒形状似乎对填充固体分数起次要作用。对填料微观结构的进一步研究证实，轴面填料满足均衡猜想，并且除了在填料中平面或平面-细长多面体的$30$到$50\%$之外，它们是自由有序的。这种有序度的逐渐增加是由扁平或扁平细长颗粒的重新取向引起的有序相的形式，以使堆积势能最小化。同时，这种重新取向似乎增加了固体分数值略高于单分散等距pinacoids实现的最大值，以及配位数。最后，部分替代的细长轴面等距的堆积固体分数或秩序的影响有限。
2017-06-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Shear response of granular packings compressed above jamming onset
研究了无摩擦、排斥的球形颗粒在受到各向同性压缩时的力学响应。软颗粒模型的先前模拟，其中排斥相互作用在颗粒间重叠中按幂律缩放，指数为$α$，已经发现整体平均剪切模量$\langle G \rangle$随着压力$P$增加，在大压力下为$\sim P^{(α-3/2)/(α-1)}$。然而，对这种标度行为缺乏深入的理论理解。我们表明，无摩擦，球形颗粒的堵塞包装的剪切模量有两个关键的贡献：1）连续变化的压力沿几何家庭的函数，其中颗粒间的接触网络不改变，和2）不连续的跳跃在压缩过程中所产生的接触网络的变化。我们发现，剪切模量的第一个几何家庭堵塞填料可以崩溃到一个主曲线：$G^{(1)}/G_0 = (P/P_0)^{(α-2)/(α-1)} - P/P_0$，其中$P_0 \sim N^{-2(α-1)}$是一个特征压力，分开两个幂律标度区域和$G_0 \sim N^{-2(α-3/2)}$。当接触网络中的变化附近存在显著的非仿射粒子运动时，可能会发生与这种形式的偏差。我们进一步表明，$\langle G (P)\rangle$不是简单的两个幂律的总和，但$\langle G \rangle \sim (P/P_c)^a$，其中$a \approx (α-2)/(α-1)$在$P \rightarrow 0$限制和$\langle G \rangle \sim (P/P_c)^b$，其中$…
2020-09-24 cond-mat.soft
Dynamic Rearrangements and Packing Regimes in Randomly Deposited Two-Dimensional Granular Beds
研究了由源线随机沉积制备的二维颗粒堆积的结构性质。我们考虑一类随机弹道沉积模型的基础上控制的临界角的单颗粒松弛规则，我们表明，这些地方的规则可以制定为滚动摩擦的框架内的动态方法模拟粒状材料。我们发现，随机沉积模型制备的包装一般是不稳定的，并进行动态重排。结果表明，在相同的临界角下，动态法比几何模型有系统地得到更高的固相率。我们的特点的结构，由这两种方法产生的固体分数，接触连接性和各向异性的包装。我们的分析提供了四个包装制度作为固体分数的函数，包装增长的机制是不同的，在每个政权的证据。
2002-07-30 cond-mat.soft
A geometric probabilistic approach to random packing of hard disks in a plane
本研究采用几何概率方法，建立平面等尺寸硬圆盘的随机密堆积模型，提出单分散圆盘随机松堆积的统计几何模型，推导得到配位数的闭式表达式，结果与已有实验、模拟及Rényi停车模型等结果高度吻合。
2023-11-08 cond-mat.soft
Stress-strain behavior and geometrical properties of packings of elongated particles
采用接触动力学方法，数值分析了颗粒伸长对剪切颗粒介质准静态行为的影响。颗粒形状是以其伸长为特征的圆帽矩形。分析了几种填料在双轴压缩下的宏观和微观结构特性随颗粒伸长的变化规律。我们发现，剪切强度是一个增加的线性函数的伸长率。执行添加剂分解的应力张量的谐波近似的角度依赖的分支向量，接触法线和力的基础上，我们表明，增加动员的摩擦力和相关的各向异性的颗粒伸长的关键影响。这些效应与倾向于垂直于主要主应力方向取向并形成侧边接触的颗粒的部分非线性有序化相关。然而，力的传输被发现主要是由帽侧接触，这代表了最长的颗粒接触的最大部分引导。另一个有趣的发现是，与剪切强度相反，固体分数首先随着颗粒伸长而增加，但随着颗粒变得更长而下降。同样值得注意的是，配位数并不遵循这种趋势，因此更长的颗粒的堆积更松散，但连接更牢固。
2010-04-29 cond-mat.soft physics.class-ph
Fluctuations, structure factor and polytetrahedra in random packings of sticky hard spheres
在填充分数区间$0.329 < γ< 0.586$内对有序随机球填充进行了数值研究。为此，设计了快速运行的几何算法，以构建约300个聚集体，每个聚集体包含$10^6$球，这允许仔细研究局部波动并提高聚集体的对分布$P(r)$和结构因子$S(Q)$的计算精度。在各种参数（Voronoi曲面细分、接触协调数分布等）中，通过直接评估局部球数密度的波动来定量评估波动，其似乎遵循幂律。Voronoi盒体积的半高宽在整个填充率范围内呈现出规律性的变化。狄拉克峰出现在对关联函数的聚集体的包装分数的减少，表明越来越大的多面体的增长，这体现在两种方式上的结构因子，在低和大$Q$值。这些低PF聚集体具有由嵌入更无序基质中的规则多面体制成的复合结构。顺便说一句，建筑四面体的不规则性指数似乎是一个更好的参数比包装分数来描述骨料结构的各种功能。
2014-09-08 cond-mat.soft
Geometrical Frustration: A Study of 4d Hard Spheres
三维球体的最大吻数Voronoi多面体是二十面体，四面体是Delaunay镶嵌中可以显示的最小体积。没有周期性晶格是一致的，因此这些密集的包装是几何挫折。由于二十面体可以由几乎完美的四面体组装而成，因此术语“二十面体”和“多四面体”堆积经常互换使用，这使得几何挫折的真正起源不清楚。在这里，我们报告了一个计算研究冻结的4D硬球，其中的densitivVoronoi集群是兼容的densitivcrystal的对称性，而多四面体的顺序不是。我们观察到，在其他可比的条件下，晶体成核在4D是不太容易比在3D。这表明，这是几何挫折的多面体结构，抑制结晶。
2008-11-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Rods are less fragile than spheres: Structural relaxation in dense liquids composed of anisotropic particles
我们进行了广泛的分子动力学模拟的致密液体组成的双分散二聚体和椭圆形的颗粒在2D的相互作用，通过排斥接触力。我们测量的结构弛豫时间从长时间衰减的中间散射函数的自部分的平移和旋转自由度（DOF）作为包装分数的函数，温度T，和纵横比α。我们能够将圆盘、二聚体和椭圆体在宽α范围内的依赖于α和T的结构弛豫时间压缩到一个通用的标度函数{ \cal F}_{ \pm }（|联系我们|，T，α），这与以前研究的三维纯排斥性球形粒子组成的稠密液体中所采用的方法相似。平移和旋转自由度的{ \cal F_{\pm} }的特征在于α相关标度指数μ和δ以及填充分数β_0（α），其表示每个纵横比的从硬粒子动力学到超阿克里乌斯行为的标度形式{ \cal F}_{ \pm }的交叉。我们发现，无论是椭圆还是二聚体，在λ_0处的脆弱性m（λ_0）都随着长径比的增加而单调减小。此外，由二聚体和椭圆形颗粒组成的致密液体的缓慢动力学的结果在定性上是相同的，尽管二聚体的零温度静态填充是均衡的，而椭圆形的静态填充是实体的。
2012-06-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Theory of random packings
我们回顾了最近提出的随机填充理论。我们描述的体积波动堵塞的物质通过体积函数，服从分析和数值计算。我们结合了一个扩展的统计力学的方法“一拉爱德华兹”（传统上发挥的作用，在热系统中的能量和温度是由体积和压实度取代）的均衡条件施加的机械稳定性的约束。我们展示了如何这样的方法可以带来的结果，可以与实验相比，并允许利用的统计力学框架。关键的结果是使用的局部Voronoi体积的组成颗粒和邻居的数量之间的关系，允许一个简单的组合，这两种方法来开发一个理论的随机填充。我们预测的随机松散包装（RLP）和随机紧密包装（RCP）的密度与实验密切一致，并制定了一个相图堵塞的物质，提供了一个统一的观点无序硬球包装问题，并进一步阐明了不同的光谱数据，包括RLP状态。数值模拟证实了摩擦在确定RLP和RCP极限中所起的重要作用，很好地再现了理论结果。最后，我们提出了一个扩展的讨论存在的几何和机械的协调数，以及如何测量这两个数量在实验和计算机模拟。
2016-03-28 cond-mat.soft
Geometrical Frustration in Two Dimensions: Idealizations and Realizations of a Hard Disc Fluid in Negative Curvature
我们研究了一个简单的硬盘流体没有长程相互作用的常负高斯曲率的二维空间，双曲平面。这种几何形状提供了一个自然的机制，全球晶体秩序是受挫，使我们能够构建一个易于处理的模型无序单分散硬盘。我们扩展自由区理论和维里膨胀到这个政权，推导出系统的状态方程，并比较其预测与模拟附近的均衡包装在弯曲的空间。此外，我们调查包装和动力学三重周期性，负弯曲的表面，着眼于真正的生物和聚合物系统。
2008-01-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Experiments demonstrate that the null space of the rigidity matrix determines grain motion during vibration-induced compaction
使用以前开发的实验方法，以减少摩擦的机械稳定的磁盘包装，我们发现，摩擦包装形成树形结构的几何家庭，躺在配置空间中的降维流形。树的每个分支开始于配置空间中具有均衡数量的接触的点，并且随着接触数量的减少而扩展到顺序更高维的流形。我们发现，重力沉积磁盘产生一个最初的协调包装稳定摩擦的高维流形。使用短的振动突发，以减少摩擦，我们紧凑的系统，通过许多稳定的配置，接触数增加，维数减少，直到系统达到均衡的无摩擦状态。我们发现，这种进展可以理解为系统通过零空间的刚性矩阵定义的粒子间的接触网络在引力的方向上移动。我们认为，这种形式主义也可以用来解释其他强迫条件下的摩擦填料的演变。
2015-05-27 cond-mat.soft
Formation of cylindrical shells via sphere packing from fluidized beds
Faculdade de Engenharia Mecânica, UNICAMP-Universidade Estadual de Campinas（坎皮纳斯州立大学机械工程学院）；Laboratoire PIMM, CNRS, Arts et Métiers Institute of Technology, Cnam（国立工艺学院PIMM实验室）；Faculty of Physics, University of Duisburg-Essen（杜伊斯堡-埃森大学物理系）
研究流化床中球体在垂直圆柱管道中的自发沉降，分析颗粒排列形成圆柱壳的稳定性及影响因素。
2026-04-16 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Enumerating rigid sphere packings
包装问题，问如何安排一个集合的对象在空间中，以满足一定的标准，是很重要的，在许多物理和生物系统，在小规模的几何安排控制行为在较大的。在许多系统中，没有单一的最优填充占主导地位，而是必须了解整个可能的填充集。作为在这个方向上的一个步骤，我们列举了刚性集群相同的硬球$n\leq 14$，和集群的最大数量的接触$n\leq 19$。刚性簇是在保持所有接触的同时不能连续变形的簇。这是一个自然产生的非线性概念，因为当球体与短程势相互作用时，这种团簇是亚稳态，就像许多纳米或微米尺度系统中的情况一样。我们预计这些列表几乎是完整的，除了少数高度奇异的集群（线性松弛但非线性刚性）。这些数据包含了一些重大的几何学上的惊喜，例如，实体集群的流行：那些具有少于$3n-6$接触的人，通常是刚性所必需的。我们讨论这些和其他几个不寻常的集群，其几何形状可能会揭示物理机制，提出数学和计算问题，或为设计新材料带来灵感。
2015-05-08 cond-mat.soft math-ph math.MG
Topological signatures of jamming in granular force networks via persistent homology
本研究利用持续同调分析二维颗粒材料力网络的拓扑特征，通过同调类生成元捕捉连通性变化，揭示堵塞附近的结构转变，深化对颗粒系统稳定性的理解。
2025-08-05 cond-mat.soft
Entanglement transition in random rod packings
本研究通过X射线断层扫描和数值模拟揭示了随机杆堆积中纠缠程度随长径比增加而发生贯穿转变，并由此构建了适用于多种系统的机械稳定纠缠相图。
2024-09-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Confinement effects on the random sequential adsorption packings of elongated particles in a slit
采用数值模拟的方法分析了二维细长颗粒（discorectangles）填充到两个平行壁之间的狭缝中的行为。使用随机顺序吸附模型与连续的位置和取向的自由度的填料。颗粒的纵横比（长宽比，$\varepsilon=l/d$）在$\varepsilon \in [1;32]$的范围内变化，而壁之间的距离在$h/d\in [1;80]$的范围内变化。数值研究了堵塞状态下沉积物的性质（覆盖率、序参量和粒子间的长程（逾渗）连通性）。$\varepsilon$和$h$的值显著影响填料的结构和渗流连通性。特别是，所观察到的非平凡的依赖性的干扰覆盖$φ(\varepsilon)$或$φ(h)$的解释由不同的几何因素的相互作用有关的限制，粒子取向的自由度和排除的体积效应。
2021-07-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Unifying size-topology relations in random packings of dry adhesive polydisperse spheres
通过几何镶嵌法研究了具有高斯和对数正态分布的干胶型多分散微球的随机堆积中的尺寸-拓扑关系。我们发现，对中心颗粒尺寸的邻居数的依赖总是准线性的，独立的尺寸分布，尺寸跨度或颗粒间的粘附。平均局部填充分数作为归一化的颗粒尺寸的函数，对于不同的尺寸方差回归相同的配置文件，增长到较大的值作为相对强度的粘附力降低。对于局部配位数-粒度分布，所有粘附性颗粒的局部配位数-粒度分布收敛于一条曲线上，而对于非粘附性颗粒的局部配位数-粒度分布则逐渐转移到另一条曲线上。这种粘附诱导的尺寸拓扑关系的理论解释由修改后的几何“granocentric”模型，其中的模型参数是依赖于一个无量纲的粘附数。我们的研究结果，连同修改后的理论，提供了一个更统一的视角上的大量的几何形状的无定形多分散系统，特别是那些相当松散的结构。
2018-10-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The structural origin of the hard-sphere glass transition in granular packing
玻璃化转变伴随着结构弛豫时间的快速增长和伴随的构型熵的降低。目前还不清楚的过渡是否有热力学起源，以及是否动态逮捕是与一定的静态秩序的增长。使用颗粒填料作为模型硬球玻璃，我们显示的玻璃化转变作为一个热力学相变与“隐藏”的多面体秩序。这种多四面体有序在空间上与缓慢的动力学相关。它是几何挫折，并有一个特殊的分形维数。此外，随着填充分数的增加，它的增长遵循熵驱动的成核过程，类似于随机一级跃迁理论。我们的研究基本上确定了一个长期追求的结构玻璃秩序硬球玻璃。
2015-09-29 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Stress transmission in granular matter
通过一个无序的颗粒系统的力的传输研究的几何拓扑的方法，减少到一组层的颗粒包装。这种分层结构构成了力链的骨架。给定颗粒堆积和施加力的区域，这样的骨架是唯一定义的。在这个框架内，我们写了一个方程的垂直力的传输，可以解决递归层逐层。我们发现这个方程的一类特殊的解析解是Lévi稳定分布。我们讨论了临界性和脆弱性之间的联系，我们展示了如何无序包装自然诱导力链和拱门的形成。我们指出，关键政权，幂律分布，与粗糙度的拓扑层。然而，脆性与局部颗粒重排或所施加的力的变化引起的力网络中的局部变化有关。结果进行了比较，最近的实验观察颗粒物和计算机模拟。
2001-12-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Crystalline Particle Packings on a Sphere with Long Range Power Law Potentials
最初的汤姆逊问题“球形晶体学”寻求通过库仑势相互作用的电子壳层的基态;然而，人们也可以研究与其他势相互作用的粒子的晶体基态。在这里，我们关注的是形式为1/r^gamma（0 < γ< 2）的长程幂律相互作用，经典的汤姆逊问题是gamma=1。在大的R/a，其中R是球半径和a是颗粒间距，问题可以被重新表述为一个连续弹性模型，取决于在平面中填充的颗粒的杨氏模量和普遍的（独立于对潜在的）向错缺陷之间的几何相互作用。连续介质模型的能量可以表示为粒子总数M sim（R/a）^2的幂展开式，其系数与几何项和势依赖项都有明确的关系。对于十二个5倍向错的二十面体构型，第一个非平凡的膨胀系数与离散粒子排列的明确数值计算一致到4位有效数字;第5位数字的差异来自对特定二十偏三角体构型敏感的能量的贡献，并且在连续计算中被忽略。在粒子数量非常大的情况下，晶界的不稳定性可以用“德拜-休克尔”解来理解，其中位错具有连续的伯格斯矢量“电荷”。还讨论了中间粒子数晶界中的离散位错。
2005-09-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Isostaticity at Frictional Jamming
无摩擦球形颗粒的非晶填料在堵塞开始时是等静压的，约束（接触）的数量等于自由度的数量。它们的结构和力学性能由颗粒间的接触网络控制。相比之下，摩擦颗粒的无定形填料在堵塞开始时通常是超静定的。我们进行了广泛的数值模拟，在二维的几何粗糙（GA）模型的静摩擦，进一步研究均衡的作用。在GA模型中，颗粒间的力是通过将接触颗粒上周期性间隔的圆形微凸体之间的纯排斥中心力相加得到的。我们比较的包装分数，接触数，动员分布和振动密度的状态，使用GA模型产生的Cundall-Strack（CS）的方法。我们发现，从GA模型获得的摩擦盘静态填料是机械稳定和均衡的，当我们考虑接触颗粒上的微凸体之间的相互作用。作为静摩擦系数的函数，静态填料的结构和机械性能从无摩擦到摩擦行为的交叉与颗粒间接触类型的变化和GA模型的振动模式密度峰值的消失相一致。这些结果强调了细观尺度特征的模型静摩擦发挥了重要作用，在确定性能的颗粒填料。
2013-05-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
