The Effect of Air on Granular Size Separation in a Vibrated Granular Bed
利用高速摄像和磁共振成像（MRI），我们研究了一个大球体在垂直振动的小颗粒床中的运动。如前所述，我们发现一个非单调的密度依赖的上升和下沉时间的大球体。我们发现，这种密度依赖性完全是由于空气阻力。我们详细研究了入侵者球体的运动是如何受到背景颗粒的大小，在床中的初始垂直位置，环境压力和对流的影响。我们解释我们的结果在一个简单的模型的框架，并找到定量协议的关键方面与数值模拟模型方程。
2005-04-19 cond-mat.soft
Nonadditive drag of tandem rods drafting in granular sediments
我们研究的阻力经历了一对垂直杆移动串联通过颗粒床浸没在流体中作为其分离距离和速度的函数。如在牛顿流体中一样，杆所经历的净阻力最初随着距离从单个杆的值增加，然后平稳到该值的两倍。然而，作用在两个杆上的阻力是显著不同的，与单独的杆相比，前面的杆经历大致相似的阻力，而后面的杆经历的阻力要小得多。在干颗粒床和沉浸在粘性牛顿流体中的准静态和速率相关的制度之间的阻力和距离的异常关系观察。通过折射率匹配，我们可视化的沉积物流过去的两个杆，并显示出一个停滞区的发展，在他们的参考系之间的杆小分离。因此，随着分离距离的减小，后面的杆越来越多地与颗粒流隔离，从而导致更低的净阻力。根据我们的结果，即阻力在短的分离距离下是不可加性的，在将阻力理论应用于在颗粒沉积物中移动的多组分物体时应小心。
2022-02-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A scaling law for aeolian dunes on Mars, Venus, Earth, and for subaqueous ripples
的线性稳定性分析的方程的演变的一个平坦的沙床提交到湍流剪切流预测，波长$λ$在该床不稳定，形成沙丘应缩放与拖曳长度$L_{\rm drag} = \frac{ρ_s}{ρ_f} d$。使用现有的和新的测量进行水（水下波纹），在空气中（风成沙丘和新鲜的雪沙丘），在高压CO $_2$风洞再现条件接近金星大气和低压CO $_2$火星大气（火星沙丘）的比例律进行测试。一个困难是确定火星上跳跃颗粒的直径。第一个估计来自于机遇号和勇气号火星车拍摄的风成涟漪的照片，照片上的颗粒直径比地球上的沙丘要小。此外，我们还计算了凝聚力和粘度对动态和静态输运阈值的影响。它证实了漫游者看到的小颗粒应该是经历跳跃的颗粒。最后，我们表明，在误差线内，缩放的$λ$与$L_{\rm drag}$持有近五十年。最后，我们讨论的时间尺度和速度，这些床的不稳定性发展和传播的火星上。
2006-08-07 cond-mat.soft
Bridging the gap between particle-scale forces and continuum modelling of size segregation: application to bedload transport
重力驱动的粒度分离在山区河流中是很重要的，在那里，各种粒度的泥沙作为推移质输送。更具体地说，垂直尺寸偏析是一个多尺度的过程，起源于相互作用的颗粒尺度上的到达尺度上的重要形态后果。为了解决这个问题，基于颗粒间分离力（Guillard等人，2016年）和颗粒斯托克斯拖曳力（Tripathi和Khakhar，2013年），开发了浸没双分散颗粒流的体积平均多相流模型。一个对流扩散模型，来自该模型产生的对流和扩散系数的基础上粒子间的相互作用的parametrisations。这种方法使得弥合颗粒尺度物理学和连续介质模型之间的差距成为可能。这两个模型都成功地与现有的离散元模型（DEM）模拟推移质输运中的粒度分离进行了测试（Chassagne等人，2020年）。通过对颗粒力的详细研究，证明了所观察到的对流和扩散系数随惯性数的缩放可以由颗粒阻力对粘度的依赖性来解释。阻力系数与小颗粒浓度呈线性关系。分离力与摩擦系数的标度关系被确认和其他非平凡的依赖关系，包括惯性数和小颗粒浓度被确定。最后，在分离力中添加尺寸比依赖性完美地再现了大范围的小颗粒浓度和尺寸比的DEM结果。
2020-05-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Granular drag and lift force on a flexible fiber
本研究通过离散元模拟探究柔性纤维在颗粒床中拖拽时的受力，发现系统达到稳态后，阻力和升力可由基于纤维形状特征长度的标度律描述，且均受控于单一无量纲弹性颗粒参数。
2025-11-04 cond-mat.soft
Dynamics of oblique impact in a photoelastic granular medium
当固体射弹撞击颗粒状目标时，它会受到拖曳力，并随着动量转移到颗粒上而突然停止。一个经验的阻力定律成功地描述了由弹丸所经历的力，相应的晶粒尺度机制已被破译正常的影响。然而，很少有研究非正常影响的工作。因此，我们扩展研究，探讨斜的影响，其中一个显着的水平分量的阻力。在我们的实验中，一个弹丸的影响准二维床的双分散光弹性颗粒。我们使用高速成像来测量高分辨率的位置数据的弹丸轨迹，同时可视化颗粒介质中的颗粒尺度的力的传播。当冲击角度变得重要时，应力响应的空间结构揭示了水平方向上相对较弱的力链传播。在此基础上，我们描述了惯性阻力随撞击角的减小。
2019-04-24 cond-mat.soft
Surface instabilities generated by a slider pulled across a granular bed
本研究针对颗粒床表面缓慢拖动的船形滑块产生的表面不稳定性展开，通过实验与二维离散元模拟探究参数影响，发现图案尺度与滑块长度相关、存在最优围压，前端倾角影响显著，且接触点力学细节有待深入研究。
2023-10-24 cond-mat.soft
Modelling Washboard Road: from experimental measurements to linear stability analysis
当车辆反复通过时，由沙子或砾石制成的未铺砌道路会形成波纹状，称为搓板或波纹路。我们提出了一个稳定性分析的基础上，实验测量的力作用在叶片（或犁）拖在一个圆形的砂轨道，并表明，一个线性模型足以描述发病附近的不稳定性。通过试验研究了犁体运动轨迹与犁体通过后留下的沙床剖面之间的关系。通过在最初平坦的砂床上对叶片施加正弦轨迹以及通过在最初波纹状的砂床上施加水平轨迹来确定犁上的颗粒材料流所产生的升力的表达式中的各个项。我们的模型恢复了所有以前观察到的洗衣板路的功能，并准确地预测了最不稳定的波长附近的发病以及不稳定的临界速度。
2013-01-10 cond-mat.soft
Force on a sphere suspended in flowing granulate
本研究通过实验探究流动颗粒对球体障碍物的作用力，发现硬质有摩擦玻璃珠中受力近线性随直径变化且与流速无关，软质低摩擦水凝胶球中受力二次方随直径变化且存在额外阻力，揭示了颗粒摩擦性与硬度对受力规律的影响。
2023-12-12 cond-mat.soft
Drag force on cylindrical intruders in granular media: Experimental study of lateral vs axial intrusion and high grain-polydispersity effects
我们报告了实验测量的阻力所经历的固体圆柱体穿透颗粒床的玻璃珠，具体地说，包括一个高度多分散的样品，粒度在1-100 μm。我们考虑横向和轴向侵入的情况下，在长轴的圆柱体是水平和垂直，分别举行。我们探索不同的制度的行为作为穿透深度的函数的阻力。在横向侵入，在那里的运动是有效的准二维，我们建立定量比较与现有的理论预测在整个深度范围。在轴向侵入，我们观察到特殊的波动的力-深度分布在很宽的范围内的侵入速度和不同的圆柱体直径。我们认为，这些波动反映了一般的剪切破坏在高度多分散的样品，可以理解的极限承载力理论的基础上半定量的水平。
2022-08-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
`Sinking' in a bed of grains activated by shearing
我们展示了如何弱力，$f$，使入侵者运动通过致密的颗粒状材料受到外部机械激励，在这种情况下逐步剪切。在二维光弹性圆盘系统中，力作用在特氟龙圆盘上。这个力比在没有任何外部激励的情况下移动圆盘所需的最小力小得多。在一个循环中，材料+入侵者被准静态地从$γ= 0$剪切到$γ_{max}$，然后返回到$γ= 0$。在不同的周期阶段，脆弱和堵塞的状态形成。净侵入体运动$δ$发生在切变逆转产生的脆弱期。每个循环的$δ$，例如准静态速率$c$，是恒定的，线性地依赖于$γ_{max}$和$f$。它以$c \propto (ϕ_c - ϕ)^a$的形式消失，以$a \simeq 3$和$ϕ_c \simeq ϕ_J$的形式消失，反映了颗粒系统在剪切作用下的硬化为$ϕ\rightarrow ϕ_J$。入侵者运动诱发大尺度的颗粒环流。在入侵帧中，这种运动是一个颗粒模拟流体流动通过一个圆柱体，其中$f$是由流动施加的阻力。
2017-12-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The role of grain dynamics in determining the onset of sediment transport
当床面处的无量纲流体剪切应力$Θ$超过最小值$Θ_c$时，发生沉积物输运。大量的数据（称为希尔兹曲线）表明，$Θ_c$主要是剪切雷诺数${\rm{Re}}_*$的函数。通常认为，当与${\rm Re}_*$相关的流体力太大而不能维持典型表面颗粒的静力平衡时，发生$Θ>Θ_c({\rm{Re}}_*)$。一种相对未被探索的补充方法是将$Θ_c({\rm{Re}}_*)$确定为颗粒不能停止移动的所施加的剪切应力。关于颗粒动力学，${\rm{Re}}_*$可被视为颗粒与流体流平衡的粘性时间尺度除以在特征床粗糙度上加速颗粒的流体力的典型时间。我们进行了模拟颗粒床剪切模型流体，只改变这两个时间尺度。我们发现，从模型中得到的临界希尔兹数$Θ_c({\rm Re}_*)$模仿希尔兹曲线，是不敏感的粮食性质，模型流体流动，和形式的阻力定律。模型结果和希尔兹曲线之间的定量差异与以前计算的不同${\rm Re}_*$的升力一致。由于晶粒重组动力学的差异，低${\rm Re}_*$的晶粒比高${\rm{Re}}_*$的晶粒发现更稳定的构型。因此，代替集中在床表面处的典型颗粒的机械平衡，$Θ_c({\rm{Re}}_*)$可以更好地由运动颗粒不能找到稳定构型并停止运动的应力来描述。
2017-03-18 cond-mat.soft
Depth-dependent resistance of granular media to vertical penetration
我们测量了作用于向下进入颗粒介质的入侵者的准静摩擦力。通过利用不同的入侵者的几何形状，我们证明了该力的行为本地正常的入侵者表面。通过改变流体静力学负载的粮食接触通过一个子流化气流通过床，我们证明了相关的摩擦接触是由重力加载，而不是由入侵者本身的运动。最后，通过测量最终穿透深度与空速的关系，并使用惯性阻力的早期结果，我们证明了相同的准静摩擦力的影响。总的来说，这个力是由摩擦系数，静水压力，弹丸的大小和形状，以及无量纲比例常数。后者在几乎所有实验中都是相同的，并且令人惊讶地大于1。
2013-09-16 cond-mat.soft
Collisional Model for Granular Impact Dynamics
当入侵者从上方撞击颗粒状物质时，颗粒会施加一种阻止力，使入侵者减速并停止。许多以前的研究使用了宏观力的法律，包括阻力是速度的平方，来表征对入侵者的减速力。然而，力法术语的微观起源仍然是一个有争议的话题。在这里，从以前的实验与光弹性粒子，我们提出了一个模型，它描述了速度平方力的重复碰撞与颗粒群。从我们的高速光弹性数据，我们推断，“集群”对应的部分强大的力量网络所激发的推进入侵者。该模型预测的比例关系的速度平方阻力，占入侵者的形状。此外，我们表明，碰撞模型预测旋转，这取决于入侵者的形状不稳定。为了测试这个模型，我们进行了一个全面的实验研究的动态二维颗粒的影响床的光弹性磁盘，不同的配置文件的入侵者的前缘。我们特别专注于一个简单而有用的情况下，测试形状的影响，使用三角鼻入侵者。我们表明，碰撞模型有效地捕捉了入侵者减速和旋转的动态;即，这两种动力学效应可以被描述为同一颗粒尺度物理过程的两种不同表现。
2013-12-16 cond-mat.soft
Comment on "Minimal size of a barchan dune"
现在公认的事实是，沙丘从平坦的沙床形成的大小以及它们的“最小大小”与通量饱和长度成比例。这个长度定义为最慢模式向平衡输运的弛豫长度。Parteli、Duran和Herrmann提出的模型[Phys. Rev. E 75，011301（2007）]预测，随着风切应力的倒数远离阈值，饱和长度减小到零。我们首先证明了他们的模型是不自洽的：即使在大风下，弛豫速率也受到颗粒惯性的限制，因此不能降到零。这些作者提出的一个关键论点来自对火星上典型沙丘波长（650米）的讨论，在此基础上，他们驳斥了Claudin和Andreotti [Earth Pla. Sci. Lett. 252，30（2006）]。相反，他们认为火星沙丘是由大颗粒（500微米）组成的，是在过去的强风下形成的。我们表明，这种跳跃的晶粒尺寸，估计从热扩散测量，是不可靠的。此外，火星车在火星风成岩层上拍摄的显微照片显示，颗粒大小为87 ± 25微米，还有毫米级的赤铁矿小球。由于这些所谓的“蓝莓”不能被合理的风夹带，我们得出结论，火星上跳跃的谷物是小的，这给了第二个强有力的论据反对Parteli等人的模型。
2007-05-24 cond-mat.soft
Lift Force on a Moving Intruder in Granular Shear Flow
本文通过DEM模拟研究颗粒剪切流中球形侵入体的升力，发现其随滑移速度呈非单调变化且与流体Saffman升力方向相反，并揭示空隙区域和剪应力差异是导致该现象的关键机制。
2024-09-28 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Towards a terramechanics for bio-inspired locomotion in granular environments
颗粒状介质（GM）对地球和外星设备的运动提出了挑战，因为它们可以流动和固化，以响应车轮，四肢和身体的局部侵入。虽然飞机和潜艇的发展得益于对流体动力学的理解，但还没有基础理论来描述运动与GM的复杂相互作用。在本文中，我们使用实验，计算和理论的方法来开发一个在颗粒环境中的生物启发运动的terramechanics。我们使用流化床准备GM与所需的全球包装分数，并使用经验力测量和离散元法（DEM），以阐明运动相关的入侵GM，如垂直渗透和水平阻力过程中的相互作用力学。我们开发了一个阻力理论（RFT）来解释更复杂的入侵。我们使用这些力模型来了解两个生物启发的机器人在GM上和GM内移动的运动性能。
2019-10-31 cond-mat.soft cs.SY eess.SY
