Shear-induced criticality near a liquid-solid transition of colloidal suspensions
通过数值实验研究了剪切流作用下的胶体悬浮体。通过测量键取向序参量的时间-关联函数，发现在从无序流体相到有序流体相的转变点附近存在一个发散的时间尺度，其中有序性由键取向序参量的非零值表征.我们还提出了在$(ρ, \dotγ^{\mathrm{ex}})$平面的相图，其中$ρ$是胶体颗粒的密度和$\dotγ^{\mathrm{ex}}$是溶剂的剪切速率。相图中的转变线终止于平衡转变点，而转变线附近的临界区域以$\dotγ^{\mathrm{ex}} \rightarrow 0$形式连续消失。
2010-10-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Analytic theory of shear localization in amorphous solids confined by Couette geometry
Hangzhou International Innovation Institute, Beihang University（北京航空航天大学杭州创新研究院）；Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所）；School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学物理科学学院）；Center for Theoretical Interdisciplinary Sciences, Wenzhou Institute, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学温州研究院交叉科学研究中心）；Sino-Europe Complex Science Center, School of Mathematics, North University of China（中北大学数学学院中欧复杂科学中心）；Department of Chemical Physics, The Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所化学物理系）
针对Couette几何中二维非晶固体的准静态旋转，推导解析理论预测塑性崩塌相关的角度平均位移场和剪切局域化。
2026-06-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Strain-rate and temperature-driven transition in the shear transformation zone for two-dimensional amorphous solids
我们耦合最近开发的自学习metabasin逃逸算法，这使得有效的探索势能面（PES），与剪切变形阐明应变率和温度的影响在二维非晶态固体的剪切转变区（STZ）的特性。在这样做时，我们报告的STZ特性，可以通过增加温度或降低应变速率的过渡。该过渡区将具有两种不同STZ特征的区域分开。具体来说，在高温和高应变率，我们表明，STZ的特性相同的那些出现纯粹的应变驱动，非热准静态原子计算。在较低的温度和实验相关的应变速率，我们使用新耦合PES +剪切变形方法表明，STZ具有相同的特性，出现从一个纯粹的热激活状态。在从应变驱动到热激活STZ状态的移动中发生的STZ特性的具体变化包括STZ尺寸增加33%，位移场的更快空间衰减，STZ内部的变形机制从剪切到拉伸的变化，使第一个STZ成核所需的应力的减少，最后，一个显着的损失特征四极对称的周围的弹性矩阵，以前已经看到在无热，准静态剪切研究STZ。
2013-10-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Theory for the density of interacting quasi-localised modes in amorphous solids
在非晶态固体的低频振动谱中出现准局域模。虽然从来没有正式的，这些模式被认为有密切的关系，与其他重要的本地激励，包括剪切转换和两个层次的系统。我们提供了一个理论，其频率密度，$D_{L}(ω)\simω^α$，建立这种联系的系统在零温度下的准静态负载。它预测了两个制度取决于密度的剪切转换$P(x)\sim x^θ$（与$x$的额外的应力需要触发剪切转换）。如果$θ>1/4$、$α=4$和有限部分准局域模形成剪切变换，其振幅在低频处消失。如果$θ<1/4$、$α=3+ 4 θ$和所有准定域模式在消失频率处形成具有有限振幅的剪切变换。我们在数字上证实了我们的预测。
2019-03-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Brittle yielding of amorphous solids at finite shear rates
随着静态玻璃的动力学稳定性增加，非晶态固体显示出韧性到脆性的转变，这导致在准静态方案中由宏观剪切带的突然出现控制的材料失效。我们数值研究有限变形率如何影响延性和脆性屈服行为，使用模型玻璃在二维和三维空间。我们发现，有限的剪切速率系统地提高了不良退火系统的应力过冲，而不一定产生剪切带。对于退火良好的系统，非平衡的不连续屈服过渡涂抹有限的剪切速率，它是伴随着多个剪切带的出现，也已在金属玻璃实验中报道。我们发现，带的典型尺寸和它们之间的距离增加代数与逆剪切速率。我们提供了一个动态的缩放参数相应的长度尺度，基于剪切带的变形速率和传播时间之间的竞争。
2019-12-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Onset of Irreversibility and Chaos in Amorphous Solids Under Periodic Shear
非晶态固体物理学的一个重要方面是通常与产率相关的不可逆行为的开始。在这里，我们使用准静态分子动力学模拟研究周期性剪切下的非晶态固体，并观察在临界应变振幅从可逆到不可逆的变形过渡。我们发现，对于小的应变振幅的系统表现出一个嘈杂的，但重复的极限环，类似于返回点记忆\cite{sethna1993hysteresis}。然而，对于大的应变振幅，行为变得混乱（显示出对初始条件的对初始条件的敏感性），因此是不可逆的。我们表明，混沌行为是剪切带不稳定性，产生大应变和对流位移场，他们创建的结果。
2013-03-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Shear hardening in frictionless amorphous solids near the jamming transition
本文通过数值模拟与弹性理论研究深度退火无摩擦堆积体的剪切硬化，揭示键数增加及键取向各向异性、长程关联两个微观起源，补充了阻塞转变的临界普适规律。
2023-02-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Eigenvalue analysis of stress-strain curve of two-dimensional amorphous solids of dispersed frictional grains with finite shear strain
本研究通过Hessian矩阵特征值分析，准确预测了二维摩擦颗粒非晶固体在有限应变下的应力-应变曲线，且发现特征值无应力降前兆。
2023-03-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Beyond linear elasticity: Jammed solids at finite shear strain and rate
软固体的剪切响应可以用线弹性来模拟，只要力是缓慢和微弱的。当材料失去刚性时，这两种近似都必须打破，例如在泡沫和乳液中的（非）堵塞点-这表明在堵塞附近的线性弹性响应的窗口非常窄。然而，这种崩溃究竟何时以及如何发生仍不清楚。为了回答这些问题，我们进行了计算机模拟的应力松弛和剪切启动实验在无热软球填料，规范模型干扰。通过系统地改变应变幅度，应变率，距离堵塞，和系统的大小，我们确定的特征应变和时间尺度，量化如何以及何时关闭的线性弹性窗口，并将这些尺度的微观接触网络的变化。我们的研究结果表明，堵塞的固体的机械响应一般是非线性和速率依赖于实验可访问的应变和时间尺度。
2016-01-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Analytic Nonlinear Theory of Shear Banding in Amorphous Solids
North University of China（中北大学）；Beihang University（北京航空航天大学）；The Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）
本文提出非晶固体在热力学准静态剪切下的非线性分析理论，研究剪切带不稳定性的成因，推导位移场非线性方程，分析塑性变形对机械响应的影响，并推导能量函数的Hessian矩阵特征值预测临界应力。
2026-05-10 cond-mat.stat-mech
Shear Banding in Amorphous Solids as a Nonlinear Screened Soft Mode Instability
Hangzhou International Innovation Institute, Beihang University（北京航空航天大学杭州创新研究院）；Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所）；School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学物理科学学院）；Sino-Europe Complex Science Center, School of Mathematics, North University of China（中北大学数学学院中欧复杂科学中心）；Department of Chemical Physics, the Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所化学物理系）
提出一种非线性弹性理论，将塑性变形视为拓扑电荷，通过数值验证剪切带由塑性变形屏蔽的弹性场的非线性不稳定性导致，与断裂有本质区别。
2026-07-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A glass anomaly in the shear modulus of solid $^4$He
固体$^4$ He的剪切模量在低温下表现出10%量级的异常变化[1，2]，这在性质上类似于扭转振荡器实验中小得多的频率变化。我们建议，在固体$^4$他的硬化的剪切模量随着温度的降低，可以描述与玻璃的敏感性，假设温度依赖的弛豫时间$τ(T)$。玻璃敏感性捕获低于特征交叉温度$T_X$的玻璃自由度的冻结。在那里，固体的动态响应满足$ωτ(T_X) \sim 1$，从而导致剪切模量的增加。在这个模型中，我们预测的剪切模量的振幅和耗散峰的高度的最大变化是独立的所施加的频率$ω$。我们的计算还显示了一个定性的差异，在行为的剪切模量取决于温度行为的玻璃弛豫时间$τ(T)$。这些预测可以通过比较复杂的剪切模量与实验在不同的频率和不同程度的混乱进行测试。[1]J.Day和J.Beamish，Nature 150，853（2007）。[2]J. Day，O. Syshchenko，J.Beamish，Phys.Rev.B79，214524（2009）.
2010-03-31 cond-mat.stat-mech
Criticality in the approach to failure in amorphous solids
非晶态固体的破坏是包括滑坡和地震在内的各种现象的基础。最近的实验表明，高塑性区域形成细长结构，在最大剪切应力$Σ_{\max}$附近尤其明显，在此发生失效。这一观察结果表明，$Σ_{\max}$作为一个临界点，这些结构的长度尺度发散，可能会导致宏观瞬态剪切带。在这里，我们认为，而不是整个固相（$Σ<Σ_{\max}$）是至关重要的，塑性总是涉及系统跨越事件，并且它们的幅度发散在$Σ_{\max}$独立的剪切带的存在。我们与这些重排的统计和分形特性的指数$θ$，捕捉的材料，这是观察到不断变化的应力的稳定性，我们确认我们的预测在弹塑性模型。
2015-09-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Shear thickening of cornstarch suspensions as a re-entrant jamming transition
我们研究了玉米淀粉悬浮液的流变学，玉米淀粉悬浮液是一种非布朗粒子的致密体系，具有剪切增稠性，即粘度随着剪切速率的增加而增加。使用MRI测速仪，我们表明，悬浮液具有屈服应力。从经典流变学可以得出，作为所施加应力的函数，悬浮液首先是固体（屈服应力），然后是液体，然后当其剪切增稠时再次是固体。发现增稠的起始剪切速率取决于测量几何形状：剪切单元的间隙越小，发生增稠的剪切速率越低。剪切增稠则可以解释为雷诺双折射的结果：在流动下的系统想要膨胀，但相反地经历了堵塞转变，因为它是受限的，如通过测量作为剪切速率的函数的悬浮液的膨胀所证实的。
2007-09-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Comparison of low amplitude oscillatory shear in experimental and computational studies of model foams
流体和固体之间的根本区别在于它们对外加剪切的响应。固体具有静态剪切模量，而流体没有。复杂的流体，如泡沫显示一个中间响应剪切与非平凡的频率依赖的剪切模量。在这篇手稿中，我们进行协调的实验和数值模拟模型泡沫受到边界驱动的振荡，平面剪切。我们的研究是在二维气泡筏（实验）和气泡模型（模拟）上进行的。我们专注于低振幅的流动制度，其中T1气泡重排事件不会发生，但系统从固体过渡到液体样的行为，作为驱动频率的增加。在模拟和实验中，我们观察到两个不同的流态。在低频率$ω$，气泡的速度分布随距离静止壁的距离线性增加，并且在移动边界和内部气泡之间存在非零总相移。在该频率范围内，总相移按幂律$Δ\sim ω^n$与$n \approx 3$缩放。相反，对于高于交叉频率$ω> ω_{p}$的频率，总相移$Δ$与驱动频率成线性比例。在高于特征频率$ω_{nl} > ω_{p}$的甚至更高的频率下，速度分布从线性变为非线性。我们充分表征这种过渡从固体到液体状的流动行为在模拟和实验中，并找到定性和定量的协议的特征频率。
2009-03-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Rate-Dependent Avalanche Size in Athermally Sheared Amorphous Solids
我们进行了广泛的数值研究雪崩行为的二维LJ玻璃在T=0，在有限的应变率$\dotγ$剪切。从应力波动和横向扩散的有限尺寸分析，我们表明，翻转翻转相关性保持在所有现实的应变率。我们预测，雪崩的规模为$\dotγ^{-1/d}$，与$d$的空间维度。
2009-03-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Topological defects govern plasticity and shear band formation in two-dimensional amorphous solids
本文利用二维非晶颗粒堆积的纯剪切实验，证明位移场中的拓扑缺陷是塑性载体，可预测塑性起始与整体力学响应，并揭示其局域化和协同排列驱动宏观剪切带形成，从而建立连接拓扑、短程序与力学响应的统一框架。
2025-07-04 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effect of Random Pinning on the Yielding Transition of Amorphous Solid under Oscillatory Shear
本研究通过模拟随机钉扎对振荡剪切下非晶固体屈服转变的影响，发现钉扎增加使玻璃从脆弱变强，并显著抑制剪切带形成。
2024-11-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The yielding transition in amorphous solids under oscillatory shear deformation
非晶态固体在天然和人造材料中普遍存在。由于其具有吸引人的机械性能，通常用作结构材料，其实用性主要取决于其对施加应力的响应。这种机械响应的基础过程，特别是非晶态固体的屈服行为，还没有得到令人满意的理解。虽然广泛研究[1-14]，但观察到的屈服行为可能是渐进的，并显著依赖于研究条件，因此难以令人信服地验证现有的急剧屈服转变的理论描述[4，6，8，13，15]。在这里，我们采用振荡变形作为一个可靠的探头的屈服转变。通过广泛的计算机模拟的系统尺寸范围广，我们证明，周期性变形的模型玻璃表现出鲜明的定义屈服过渡的特点是独立的准备历史。与普遍的预期相反[4，8，12]，雪崩的统计数据没有显示即将到来的过渡的迹象，但在整个过渡期间表现出戏剧性的，质的变化。
2016-12-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Critical viscoelastic response in jammed solids
我们确定的线性粘弹性响应堵塞包装的无热排斥粘性球，模型的乳液，湿泡沫，和软胶体悬浮液。我们数值测量的复杂的剪切模量，响应的基本特征，并表明，低频响应显示动态临界缩放附近的无干扰。粘弹性剪切响应由填料的松弛本征模态控制。我们使用标度参数来解释本征率的分布，这在unjamming时会产生发散。然后，我们推导出的临界指数表征响应，包括消失的剪切模量，发散粘度，和临界剪切稀化制度。最后，我们表明，宏观流变学是敏感的局部粘性力法的细节。通过改变法向和切向阻尼系数的比率，我们确定和解释了滑动运动的强阻尼和弱阻尼系统之间的定性差异。当滑动是弱阻尼时，没有发散的时间尺度，没有发散的粘度，也没有临界剪切稀化制度。
2012-05-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Sheared Solid Materials
本文提出了一个含时的固体材料非线性弹性Ginzburg-Landau模型。我们假设弹性能量密度是由于底层晶格结构的剪切应变和四角应变的周期函数。有了这个新的成分，解方程会产生位错偶极子或滑移的形成。在塑性流动中，高密度位错在大应变下出现，积累并生长成应变局部化的剪切带。除了弹性位移外，我们还引入了局部自由体积{ \it m}。对于非常小的$m$的缺陷结构是亚稳态和长寿命的位错钉扎的Peierls势垒。然而，如果剪切模量随着{ \it m}的增加而降低，则{ \it m}在位错核心周围的积累最终破坏Peierls势，导致应力和自由能的缓慢弛豫（老化）。作为我们的计划的另一个应用程序，我们还研究了位错的形成在两相合金（相干性损失）剪切应变下，位错优先在较软的区域滑动，并被困在界面处。
2004-10-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Kinetic theory of shear thickening for a moderately dense gas-solid suspension: from discontinuous thickening to continuous thickening
本文采用简单剪切流作用下中等密度气固悬浮体系的Enskog动力学理论作为分析体系流变特性的模型。环境流体对固体颗粒的影响通过粘性阻力加上随机Langevin类项来模拟。Enskog方程通过两个独立但互补的路线求解：（i）Grad矩方法和（ii）硬球的事件驱动Langevin模拟。这两种方法都清楚地表明，流动曲线（应力-应变速率关系）显着依赖于固体颗粒的体积分数。特别是，随着密度的增加，有一个过渡，从不连续的剪切增稠（在稀气体中观察到）的连续剪切增稠更密集的系统。理论和模拟之间的比较表明，虽然理论预测的动力学温度同意与模拟的密度$φ\lesssim 0.5$，协议的其他流变量（粘度，应力比和法向应力差）是有限的更温和的密度（$φ\lesssim 0.3$），如果在粒子之间的碰撞过程中的非弹性不大。[This该论文已发表在Phys. Rev. E { \bf 96}，42903（2017）上，但我们意识到其发表后存在一些错别字和错误。因此，我们在本文顶部添加了将在PRE中发表的勘误表。
2020-06-19 cond-mat.stat-mech
Coarse grained descriptions of the dynamics of yielding of amorphous solids under cyclic shear
针对循环剪切下非晶固体屈服动力学的模拟特征与现有理论模型的局限，该研究通过在模型中引入含反馈项的机械噪声，得到能反映屈服特征的真实动力学转变，并通过粗粒化变量为屈服动力学研究提供新见解。
2025-05-20 cond-mat.stat-mech
Non-linear elasticity, yielding and entropy in amorphous solids
全息对偶已经被证明成功地将物理学中看似无关的问题联系起来。最近，软物质物理学和引力之间有趣的对应关系正在出现，包括非晶态固体流变学、弹性的有效场论和黑洞物理学之间的强烈相似性。然而，理论预测和实验/模拟观测之间的直接比较仍然有限。在这里，我们研究的非线性弹性的非晶材料的力学和热力学性质的剪切响应的影响，使用有效场和引力理论。颗粒物质模型的模拟定性地支持非线性弹性指数，屈服应变/应力和由于剪切引起的熵变之间的预测相关性。我们的方法开辟了一条道路，了解复杂的力学响应的非晶态固体，如剪切软化和剪切硬化的混合效应，并提供了可能性，研究流变学的固体状态和黑洞在一个统一的框架。
2022-04-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Plastic Response of a 2D Amorphous Solid to Quasi-Static Shear : II - Dynamical Noise and Avalanches in a Mean Field Model
本文根据在前一篇论文[A]中导出的耗散现象学，建立了一个非晶态固体塑性的最小平均场模型。勒梅特角Caroli，arXiv：0705.0823]从广泛的分子模拟。它减少到一个合奏的动力学相同的剪切转换区通过动态噪声相互作用，由于长距离的弹性场引起的区域翻转本身。我们发现，这些成分足以产生翻转雪崩与幂律缩放系统的大小，类似于分子模拟中观察到的。我们进一步表明，雪崩的标度特性敏感地依赖于噪声谱的详细形状。这指出了在这些系统中开发一个现实的粗粒度的弹性描述的重要性。
2007-05-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech
Plastic response of a 2D amorphous solid to quasi-static shear : I - Transverse particle diffusion and phenomenology of dissipative events
我们进行了广泛的模拟的二维LJ玻璃进行准静态剪切变形在T=0。我们分析了非仿射位移的分布在塑性，不可逆事件，弹性，可逆运动的贡献。由此，我们提取有关塑性事件之间的相关性和弹性非仿射噪声的信息。此外，我们发现，非仿射运动本质上是扩散的，具有明显的大小依赖的扩散常数。这些结果，补充密切检查的非仿射切线位移场的演变模式，导致我们提出一个现象学的塑性在这种无定形介质。它可以用小的、随机定位的剪切转变区的弹性加载和不可逆翻转来表示，这些剪切转变区通过它们的四极场弹性耦合。
2007-05-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech
Shear modulus in viscoelastic solid $^4$He
固体$^4$ He的复剪切模量在扭转振子周期变化的温度范围内表现出异常。我们建议，所观察到的硬化的剪切模量随着温度的降低，可以很好地描述了粘弹性成分，具有随着温度的降低而增加的松弛时间。由于玻璃是一种粘弹性材料，粘弹性材料的响应函数是相同的，由于时间延迟恢复反作用的玻璃质组分获得。通过推广的粘弹性方程的应力和应变的多相系统的成分，组成的补丁具有不同的阻尼和松弛性能，我们预测的剪切模量的大小和耗散峰的最大高度的最大变化是独立的施加的外部频率。相同的响应表达式允许我们计算剪切模量的振幅和耗散的温度依赖性。最后，我们证明了Vogel-Fulcher-Tammann（VFT）弛豫时间与现有的实验数据一致。
2010-12-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Shear-Transformation-Zone Theory of Viscosity, Diffusion, and Stretched Exponential Relaxation in Amorphous Solids
剪切转变区（STZ）理论在解释非晶系统在其玻璃化温度$T_g$附近的宽峰值、频率依赖性粘弹性响应方面取得了显著的成功。这一成功是基于该理论的第一原理预测的范围广泛的内部STZ转换率。在这里，我表明，STZ速率分布导致牛顿粘度是强烈的温度依赖性，我建议，它是这种温度依赖性，而不是任何不均匀性引起的扩散增强，这是负责斯托克斯-爱因斯坦违反附近$T_g$。我还表明，拉伸指数松弛的密度波动出现自然从相同的分布STZ过渡率预测的粘弹性行为。然而，为了与$T_g$附近的菲克扩散观测结果保持一致，基于STZ的扩散理论必须以某种方式包括在低温数值模拟中看到的相关位移事件的级联。
2012-02-01 cond-mat.stat-mech
Strain-Rate Frequency Superposition in Large-Amplitude Oscillatory Shear
在最近的一项工作中，Wessel，{ \it et.al.} [Phys. Rev. Lett.，{ \bf 98}，238303（2007）]已经注意到“软固体”在振荡剪切下的性质，即所谓的应变率频率叠加（SRFS）。我们将这项研究扩展到大振幅振荡剪切（LAOS）下的软固体的情况。我们从LAOS的研究结果在单分散的水凝胶悬浮液，水凝胶，和生物聚合物悬浮液，并表明，恒定的应变率频率扫描测量软固体可以叠加到主曲线的高次谐波模量，与{ \it相同}的移位因子的线性粘弹性模量。我们表明，在恒定应变率频率扫描测量中的低频率下的高次谐波模量的行为是类似的，在大应变振幅的应变振幅扫描测试。我们显示表面图的谐波模量和每单位体积的能量耗散率在LAOS软固体，并表明实验表明，每单位体积的能量耗散取决于第一谐波损耗模量单独，在线性和非线性粘弹性制度。
2010-02-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.CD
Shear transformation zone analysis of shear reversal during granular flow
实验测量的颗粒流的发病直接相比，预测的“剪切转变区”（STZ）理论的非晶塑性。STZ方程使得有可能，在粗粒度的水平上，将颗粒接触网络的各向异性和其动态演变，包括剪切反转下的接触网络方向的变化。STZ理论和实验表明定性协议的瞬态和稳态剪切力和速度分布在剪切和剪切反转的开始。
2010-08-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
