Discrete modelling of capillary mechanisms in multi-phase granular media
提出了一种基于细观力学模型的多相颗粒材料数值研究方法。离散元模拟被用来研究毛细管诱导的颗粒组件在摆动政权的摩擦性能的影响。毛细作用力通过杨-拉普拉斯方程在局部尺度上描述，并叠加到通常通过弹塑性关系很好地模拟的标准干颗粒相互作用上。将液相和气相之间的压力差和界面处的表面张力的影响都集成到相互作用模型中。水力滞后是根据毛细血管在接触处形成和破裂的可能机制来解释的。为了扩大颗粒间模型的规模，模拟了颗粒集合体的三轴加载路径，并通过莫尔-库仑准则对结果进行了解释。微观力学方法与毛细管凝聚力诱导在宏观尺度上进行了验证。结果表明，种间摩擦力通过增加接触点处的法向力而增加土壤阻力。此外，超过毛细压力水平或饱和度，我们的研究结果突出了液体键的密度数对材料的整体行为的重要性。
2012-03-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Percolation study for the capillary ascent of a liquid through a granular soil
毛管上升在洪水区的道路铺设中起着至关重要的作用，在洪水区，疏水性化合物被添加到土壤中以抑制水的上升并避免可能的路面损坏。水通过液桥、毛细桥和三聚体上升，其宽度和连通性取决于颗粒间毛细桥的最大半长λ。低λ产生断开结构，到处都是小簇。相反，对于高λ，产生三聚体和封闭体积的聚集，其形成毛细管上升的自然路径。据此，我们研究了这种几何结构在随机密堆积的单分散球颗粒介质上随λ变化的渗流转变。我们确定了逾渗转变的临界阈值λ c =（0.049 \pm 0.004）R（R为颗粒球的半径）和临界关联长度指数ν =（0.830 \pm 0.051），表明该逾渗转变属于普通逾渗的普适类。
2016-10-31 cond-mat.soft physics.comp-ph
Capillary stress and structural relaxation in moist granular materials
我们提出了一个理论框架来计算复杂的介孔材料，如潮湿的沙子，纳米多孔水合物，和干燥的胶体膜的毛细应力。分子模拟映射到相场模型的液体-蒸气混合物，其不均匀的应力张量被集成在Voronoi多面体，以计算相等和相反的力之间的每对相邻的晶粒。该方法说明了在小团簇和随机堆积的球形颗粒使用格子气体密度泛函理论模拟的水分诱导力。对于水泥水化物的纳米颗粒模型，这种方法再现了滞后的水吸附/解吸等温线，并预测干燥收缩应变等温线与实验吻合得很好。我们表明，毛细管应力是一个有效的机制，内部应力松弛的胶体随机填料，这有助于水泥浆体的非凡的耐久性。
2018-12-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Chaoticity of the Wet Granular Gas
在这项工作中，我们推导出的Kolmogorov-Sinai熵的稀湿颗粒物质，适用于任何空间维度的解析表达式。颗粒被建模为硬球和润湿液体的影响是根据毛细管模型，其中耗散是由于毛细管桥的滞后凝聚力描述。Kolmogorov-Sinai熵是关于密度展开的。我们发现当加入液体时，首项迅速增加。这证明了颗粒动力学对湿度的敏感性，并表明液体显着增加了颗粒气体的混沌性。
2007-05-22 cond-mat.soft
Dynamic effective mass of granular media
我们开发的概念，频率依赖的有效质量，M（ω），堵塞的颗粒材料，占据一个刚性腔的填充率为48%，其余的体积是正常的室内条件或控制湿度的空气。M（Ω）的主要特征提供了颗粒介质中声模耗散、弹性和老化效应的特征。我们进行湿度控制的实验和解释的数据在一个连续模型和“陷阱”模型的热激活毛细管桥在接触点。结果表明，在颗粒材料的衰减显着影响的动力学之间的接触处的粗糙的毛细凝聚。
2016-03-28 cond-mat.soft
The Effect of Confinement on Capillary Phase Transition In Granular Aggregates
利用三维平均场格子气模型，分析了约束效应对不同无序度的颗粒聚集体中毛细相变性质的影响，以及通过颗粒与孔隙互换得到的逆多孔结构.令人惊讶的是，限制效应被发现是不太明显的颗粒状聚集体，而不是多孔结构。我们表明，这种差异可以理解的表面-表面的相关长度通过流体域的连接路径，这表明该长度捕获的真实程度的限制。我们还发现，这些多孔材料中的液-气相变在毛细临界温度附近具有二级性质，这表明代表了真正的临界温度，即与无序程度和固体基质的性质（离散或连续）无关。根据有限尺寸标度分析的临界指数表明，这种转变属于P.G. de Gennes的方法，其基本的随机场由流体-固体相互作用中的局部无序引起。
2020-08-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Liquid migration in sheared unsaturated granular media
我们展示了如何使用毛细桥的颗粒尺度模型在剪切不饱和颗粒介质中的液体迁移。在单个毛细管桥破裂后，液体被重新分配到相邻的触点，从而导致大规模的液体重新分配。液体剖面的演变与最近发展的剪切带中液体迁移的连续描述相吻合。研究了与液体运移有关的速度剖面以及干、湿颗粒介质的密度剖面。
2012-06-25 cond-mat.soft physics.comp-ph
Capillary-like Fluctuations of a Solid-Liquid Interface in a Non-Cohesive Granular System
非粘性颗粒物质最显著的集体运动之一是在一定条件下的成团。特别地，当单分散非粘性颗粒的准二维单层垂直振动时，当驱动振幅超过临界值时，发生固体-液体样转变。在这里，颗粒聚集的物理机制依赖于由颗粒碰撞介导的强相互作用，而不是颗粒-颗粒cohesion内聚力。平均而言，固体团簇类似于水滴，具有引人注目的圆形形状。我们实验研究了粗粒固液界面的涨落，通过傅立叶空间中的静态和动态关联函数来表征。这些波动被证明是很好地描述了毛细波理论，这使我们能够测量的固体-液体界面表面张力和流动性，一旦颗粒的“热”动能是确定的。尽管该系统是强烈的不平衡，颗粒温度是不均匀的，有能量均分在固液界面，一个相对较大的范围内的角波数。此外，表面张力和迁移率都与考虑特征能量、长度和时间尺度的简单数量级估计一致，这与原子系统的情况非常相似。请在这里找到本文的补充材料：arXiv：1304.2646
2013-04-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Accretion Dynamics on Wet Granular Materials
湿颗粒集料是建筑材料、食品和保健产品的常见前体。干谷物与湿基质混合的物理机制还不清楚，也难以控制。在这里，我们通过测量湿聚集体的生长动力学，实验研究干颗粒在湿颗粒基底上的增积。我们表明，这种聚集体是完全饱和的，它的凝聚力是由在空气-液体界面处的毛细管低压确保的。的生长动力学控制的聚集体的表面处的液体分数，并表现出两个制度。在粘性制度，生长动力学是有限的毛细驱动的液体流动通过颗粒填料的聚集体的表面。在捕获状态下，捕获概率取决于饱和界面处液体的可用性，这由材料中的流体静压力控制。我们提出了一个模型，合理化我们的观察和捕获的基础上的捕获概率与静水压力的演变动态。
2017-05-22 cond-mat.soft
Micro-mechanical Failure Analysis of Wet Granular Matter
我们采用了一种新的流体颗粒模型来研究不同饱和度下的颗粒土的剪切行为，从干材料通过毛细管桥制度，以更高的饱和度与膨胀集群。考虑到可能的液体形态的全部复杂性，这意味着形成孤立的任意大小的液体集群与个人拉普拉斯压力，通过在晶粒表面上的薄膜通过液体交换演变。液体团簇的尺寸可以增长，收缩，合并和分裂，这取决于局部条件，可访问的液体的变化和由颗粒相决定的孔隙空间形态。该相由基于接触动力学的离散颗粒模型表示，其中从液相施加的毛细管力添加到球形颗粒的运动中。通过三轴剪切试验，研究了不同含液量下体系在外加压力作用下的宏观响应。此外，在压缩过程中由于孔隙空间的变形的液体团簇分布的变化进行评估接近临界载荷。
2016-04-23 cond-mat.soft
Wet granular bed eroded by a dry granular flow
LMGC, University of Montpellier, CNRS, France（蒙彼利埃大学）；Geo-Ocean, Univ. Brest, CNRS, IFREMER, Plouzané, France（布雷斯特大学）
研究通过DEM模拟揭示了湿润颗粒床在干燥颗粒流侵蚀下的两种侵蚀模式，并提出了基于惯性数和粘性指数的快速侵蚀缩放定律。
2026-02-23 cond-mat.soft
Fluidization of granular media wetted by liquid $^4$He
本文对竖直搅拌下液态$^4$ He润湿的PMMA球的流态化进行了实验研究。通过控制$λ$点附近的温度，我们将润湿液体的性质从正常流体（氦I）改变为超流体（氦II）。对于由氦I润湿，流化的临界加速度（$Γ_c$）显示出接近于样品池中的蒸气压的饱和的急剧增加。对于氦II润湿，$Γ_c$在约75%饱和度时开始增加，表明毛细管桥被不饱和氦膜的超流增强。在饱和度以上，$Γ_c$进入平台状态，其中颗粒之间的毛细力与桥体积无关。平台值被发现随温度而变化，并显示在2.1 K的峰值，我们归因于液氦的比热的影响。
2009-01-12 cond-mat.soft
Spreading of a 2D granular analogue of a liquid puddle: predicting the structure and dynamics through a continuum model
当沙子从漏斗流到表面上时，通过摩擦稳定的三维桩随着它的扩散而变高。在这里，我们研究了一个理想化的二维模拟：一堆单分散油滴在边界处的传播。在我们的系统中，液滴是浮力的，粘性的，与沙子相反，这里的摩擦可以忽略不计。漂浮的液滴一次一个地被添加到堆中。随着骨料的增长，它达到一个临界高度，2D桩在屏障上展开。我们发现，虽然粒度是重要的，生长过程是一个连续的液体。我们定义了“颗粒毛细长度”，类似于液体中的毛细长度，它通过浮力和粘附力的平衡来设定聚集体的临界高度。在粗粒度水平上，颗粒毛细管长度能够描述系统的稳态特性和动态特性，而在颗粒水平上，重复的坍塌事件在桩的形成中起着关键作用。
2022-12-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Arrest stress of uniformly sheared wet granular matter
我们进行了广泛的独立的数值实验，考虑无摩擦磁盘没有内部自由度（旋转等）。在二维空间里。我们在这里报告，对于一个大范围的包装分数低于随机紧密包装，所有组件的湿颗粒材料的应力张量在零剪切速率的限制保持有限。这是流体到固体停滞转变的直接证据。剪切应力的偏移值表征了停滞状态的塑性形变{其对应于系统的{ \em动态屈服应力}}。{基于分析论证，我们提出每个颗粒的平均毛细管桥数$ν$遵循对填充分数$ϕ$和毛细管能量$\vareps$的非平凡依赖性。最值得注意的是，我们表明，$ν$是一个通用的和通用的量，它不依赖于驱动协议。使用这个通用的量，我们计算的制动应力，$σ_a$，分析的基础上的平衡的能量注入率，由于外力驱动的流动和耗散率占毛细管桥的破裂。$σ_a$的所得预测是填充分数$ϕ$和毛细管能量$\vareps$的非线性函数。这个公式提供了一个很好的，无参数的数值数据预测。修正小和大包装分数的理论连接到剪切带的出现和排斥颗粒相互作用的应力的贡献，分别。
2015-06-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Interaction between corner and bulk flows during drainage in granular porous media
University of Oslo（奥斯陆大学）；Norwegian University of Science and Technology（挪威科技大学）；Université de Strasbourg（斯特拉斯堡大学）
本研究提出动态双网络模型，模拟颗粒多孔介质排水中的活塞式主体流与角流-液膜次要流，发现液体连通结构及流动贡献随毛细数和邦德数显著变化。
2024-09-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Living Capillary Bridges
本研究通过实验和三维模拟发现，受限细胞聚集体形成活体毛细桥，其稳定性由细胞生长与铺展竞争决定，破裂受板间距控制，并展现出类似颗粒物质的堵塞硬化及分裂增强变薄，提出活性软物质新行为类别。
2025-10-16 cond-mat.soft physics.bio-ph
Shear strength of wet granular materials: macroscopic cohesion and effective stress
流变测量组件的湿聚苯乙烯珠组件，在稳定的均匀准静态剪切流，为不同的液体含量内的小饱和度（摆动）范围内的孤立的液体桥，补充了离散数值模拟的系统研究。数值计算结果与实验结果在定量上一致，即颗粒间摩擦系数取0.09比较合适。剪切阻力和固体分数被记录为减压p的函数，比较法向应力与毛细管桥拉伸强度。当p大于2时，具有与p无关的凝聚力c的莫尔-库仑关系适用。接触力对应力的贡献作为有效应力的假设在整个数值研究的参数范围内很好地预测了剪切强度。定义了广义Mohr-Coulomb凝聚力c，它与干物质的内摩擦、配位数和毛管力网络各向异性有关。Rumpf公式近似，忽略毛细管剪切应力是正确的摆动范围内的较大的饱和度范围内，但未能描述其减少为小的液体含量。
2018-02-22 cond-mat.soft physics.comp-ph
Capillarity in Stationary Random Granular Media: Distribution-Aware Screening and Quantitative Supercell Sizing
King Fahd University of Petroleum and Minerals（阿卜杜勒阿齐兹国王石油矿物大学）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
本文提出一个定量框架，用于确定代表模拟毛细作用筛选达西流所需的最小周期超胞。通过考虑两点统计特性，结合毛细作用模型和周期边界条件，引入分布感知的多分散性处理，提出两种尺寸规则以确保超胞选择的可重复性和代表性。
2026-04-17 cond-mat.soft
Formation of stable aggregates by fluid-assembled solid bridges
当胶态悬浮液干燥时，毛细管压力可能压倒排斥性静电力，聚集在热平衡之外的聚集体。这个鲜为人知的过程赋予许多地质和工业材料内聚强度。在这里，我们观察蒸发驱动的天然和合成颗粒的聚集，探测其稳定性下再润湿，并使用原子力显微镜测量结合强度。内聚在常见的长度尺度（~ 5 μ m）下产生，其中颗粒间吸引力超过颗粒重量。在多分散混合物中，较小的颗粒在收缩的毛细桥内凝聚，在较大的颗粒之间建立稳定的“固体桥”。这种动态在尺度上重复，形成非常强大的等级集群，其凝聚力来自粒度而不是矿物学。研究结果有助于了解和控制天然土壤和合成材料的稳定性。
2019-07-03 cond-mat.soft physics.geo-ph
Vertical pullout of a non-spherical intruder from a granular medium: From system-wide response to avalanching around the intruder
Tokyo University of Marine Science and Technology（东京海洋大学）；Japan Agency for Marine-Earth Sciences and Technology（日本海洋地球科学技术机构）
针对现有颗粒介质侵入体研究多局限于球形侵入体和小位移范围的不足，研究了板状侵入体远超破坏点的竖向拔出过程，揭示了破坏后阻力收敛、锥形有效形态稳定及料斗离散流的规律。
2025-10-16 cond-mat.soft
Preferential Root Tropism Induced by Structural Inhomogeneities in 2D Wet Granular Media
我们调查的某些方面的物理机制的根生长在颗粒状介质中，以及这些根如何适应水分布的变化引起的固体入侵的形式存在的结构不均匀性。物理侵入物，例如添加到2D颗粒介质中的方棒，通过保持强大的毛细作用来改变水分布，将水从单元底部的更饱和区域泵向单元顶部附近的较不饱和区域，而介质的其余部分通过蒸发缓慢地缺乏水。这种水分的重新分配引起了根系的“偏向性”，引导根系向土壤中更饱和的区域更深地生长。这进一步允许更有效地获得介质的较深部分中的可用水，从而导致植物寿命增加
2019-01-29 cond-mat.soft
Erosion dynamics of a wet granular medium
液体可赋予粒状介质强的内聚性质，并赋予类似固体的行为。本文研究了半满转鼓内干颗粒流对湿颗粒物质固定圆形聚集体的冲蚀问题。在旋转过程中，干燥的谷物围绕固定的障碍物流动。我们表明，其直径随时间线性降低低液体含量，湿颗粒被拉出的聚集。这种腐蚀现象受液体性质的控制。腐蚀速率与表面张力呈指数关系减小，而与粘度的-1次方有关。我们提出了一个模型的基础上产生的力的波动内流，解释两个依赖关系：毛细管力作为一个阈值和粘度控制的侵蚀时间尺度。我们还提供了实验，使用不同的流动颗粒证实我们的模型。
2014-12-08 cond-mat.soft
Morphological Transitions during Melting of Small Cylindrical Aggregates
大多数关于约束条件下熔化的研究只集中在固体和液体熔体相。尽管其无处不在，从毛细界面（液体/蒸汽界面）的贡献往往被忽视。在这项研究中，小圆柱形聚集体在蒸汽中的熔化行为进行了分析。对于假定的边界条件（圆柱体，顶面不润湿，侧壁不润湿），固液两相在一定温度范围内可以共存。由于毛细管的不稳定性，液相可以形成轴对称的棒状形态，或者在一定的阈值液体体积分数以上，与棒状部分共存的凸起。相应的熔点不同。分析明确描述了一个真正的系统的小聚集体的长链烷烃平面基板上的行为。它还提供了定性的见解，一般具有各向异性润湿行为的小聚集体的熔融行为。它揭示了特别是如何熔点和熔化途径取决于充满活力的形态路径，导致完全熔化。
2016-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Structural aging of a cohesive and amorphous granular solid under cyclic loading
University of Michigan（密歇根大学）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）
研究了在循环加载下，cohesive 和 amorphous 颗粒固体的结构老化现象，发现其强度和刚度提高但延展性降低，并表现出应力超量等不同特征。
2026-03-09 cond-mat.soft
Influence of humidity on granular packings with moving walls
实验证明了在垂直管内作相对运动的颗粒填料底部测得的表观质量（Mapp）对相对湿度H的显著依赖性。虽然Janssen模型的预测对所有研究的H值（25%< H <80%）都得到了验证，但Mapp在高相对湿度（H>60%）下随时间向极限值增加，但在较低湿度（H=25%）下保持不变。相应的Janssen长度在H>60%时几乎与管速无关，但在H= 25%时显著减小。在填料中单个珠粒的运动上观察到其他差异。对于H= 25%，它们几乎不动，而填料的平均颗粒分数保持恒定;对于H>60%，珠运动显著得多，平均颗粒分数降低。这些结果的珠直径和它们的解释方面的毛细作用力的影响的依赖关系进行了讨论。
2005-08-12 cond-mat.soft
Effect of hydrogel particle additives on water-accessible pore structure of sandy soils: A custom pressure plate apparatus and capillary bundle model
为了探索水凝胶颗粒添加剂对砂土的水可及孔隙结构的影响，我们介绍了一种自定义的压力板方法，其中从湿颗粒填料排出的水的体积作为施加压力的函数进行测量。使用毛细管束模型，我们表明，在保留水每压力增量的差异变化是直接相关的累积横截面积分布$f(r)$的水可访问的孔隙半径小于$r$。这是通过测量从由2 mm直径玻璃珠组成的模型砂土中排出的水来验证的。特别是，排出的水被发现显着地依赖于样品的高度和使用毛细管束模型的分析给出了相同的孔径分布的所有样品。发现该分布近似为对数正态分布，并且发现可进入孔隙空间的总横截面积分数为$f_0=0.34$。然后，我们报告的孔隙分布和总的水可及面积分数的影响，由高吸水性水凝胶颗粒添加剂，均匀地混合到一个固定高度的样品在不同的浓度。在固定体积和自由溶胀条件下，填料中水可进入孔隙的总面积分数随着凝胶浓度的增加呈指数下降。孔的尺寸分布被溶胀的水凝胶颗粒显著改变，使得大孔被堵塞，同时形成小孔。
2013-04-30 cond-mat.soft
Grain Scale Modeling of Arbitrary Fluid Saturation in Random Packings
我们提出了一个模型，用于增加液体饱和度的颗粒填料，它可以占液体再分配的饱和度超出了研究良好的毛细桥制度。该模型能够解析并结合毛细桥、毛细孔和完全饱和的孔隙，以形成任何形状的局部液体团簇。由于局部拉普拉斯压力梯度，它们可以通过颗粒表面的液膜进行体积交换。局部不稳定性，如海恩斯跳跃触发的不连续发展的液体前。该模型的适用性证明和基准实验的水平上的个别液体结构，以及在较大的系统相比。
2015-03-25 cond-mat.soft
Multiscale Poromechanics of Wet Cement Paste
毛细效应，如吸胀-干燥循环，随着时间的推移影响颗粒系统的力学。多尺度孔隙力学框架应用于水泥浆，这是最常见的建筑材料，经历了广泛的湿度变化的基础设施的寿命。首先，在中间到高相对湿度的液体密度分布得到了使用格子气密度泛函方法与水泥水合物的现实的纳米颗粒模型。计算的吸附/脱附等温线和孔径分布进行了讨论，并比较以及氮气和水的实验。评价了从解吸数据测定孔径分布的标准方法。然后，整合的Korteweg液体应力场周围的每个水泥水合物颗粒提供了在纳米尺度上的毛细管力。在毛细管力的作用下，水泥中尺度结构发生松弛。水泥纳米颗粒组装的局部不可逆变形被确定由于液-固相互作用。非仿射位移的空间相关性扩展到几十nm。最后，Love-Weber方法提供了微米尺度下的均匀化液体应力。均匀化长度与非仿射位移的空间相关长度一致。我们的研究结果表明，微尺度织构不受轻度干燥的影响，但局部不可逆变形仍然发生。这些结果为理解从建筑材料、水凝胶到生命系统的非均质多孔介质中毛细现象引起的应力铺平了道路。
2019-05-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Aggregation of frictional particles due to capillary attraction
本文研究了低雷诺数下悬浮在液-气界面上的相同毫米大小的微球之间的毛细引力及其聚集现象。我们表明，测量的两个球体之间的毛细管力作为距离的函数可以描述的表达式使用尼科尔森近似在低的键数远大于以前假设的颗粒尺寸。我们发现，粘性流体动力学之间的相互作用的领域需要包括描述的动态接近接触。然后，我们考虑在最初的两个球体已经接触之后添加第三个球体时形成的聚集体。在这种情况下，我们发现，毛细管力的线性叠加定性地描述了所观察到的方法，但不是定量的。此外，我们观察到的结构的角度依赖性，由于毛细管力与分离的距离，有一种倾向，以调整接触前的颗粒的快速下降。当这三个粒子接触时，它们可能会保持形状，也可能会重新排列形成等边三角形簇--最低能量状态--这取决于粒子之间的吸引力和摩擦力之间的竞争。利用这些观察，我们证明了一个线性的颗粒链可以建立从摩擦颗粒与毛细吸引力。
2011-04-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Formulation and numerical implementation of micro-scale boundary conditions for particle aggregates
本文的目的是提出一种新的方法来处理细观结构边界条件的分析粒状材料。的颗粒状组件的响应建模通过离散元法（DEM），一致的微观-宏观均匀化计划制定在从连续到离散设置的过渡。三个经典类型的边界条件（位移，周期和位移）的伺服控制方法来实现。开发了两种类型的算法，考虑或不考虑粒子的位移场的初始预测。此外，为了以更真实的方式模拟宏观变形对微观结构的影响，引入了混合类型的边界条件，即经典边界条件的组合。一系列DEM模拟的算法的有效性进行了测试。最后研究了微结构形态和微结构尺寸对整体响应的影响。
2017-02-24 cond-mat.soft
The Role of Contact Angle Hysteresis for Fluid Transport in Wet Granular Matter
湿颗粒的结构决定了沙堡的稳定性。关于流体袋大小分布的实验数据对其来源是不明确的。我们发现，接触角滞后起着重要作用的平衡分布的桥梁的体积，而不是几何紊乱，因为通常proposetured，这有很大的影响，湿颗粒床的机械性能，包括历史依赖的流变学和降低的强度。我们的研究结果是使用一种新的模型，其中拉普拉斯压力，桥体积和接触角是与接触点相关的动态变量。在考虑接触线钉扎的同时，我们跟踪了每个桥的时间演变。我们观察到一个交叉的幂律衰减的毛细管压力的方差在晚些时候和饱和的方差桥体积连接到接触线钉扎的有限值。大规模的模拟表明，在桥网络中的液体传输的平衡动力学在早期很好地描述了一个平均场模型。最终桥体积的扩展可直接与接触角滞后的大小相关。
2015-08-06 cond-mat.soft
Interparticle normal force in highly porous granular matter during compression
本研究通过数值模拟和理论推导发现，单分散球体高孔隙尘埃聚集体在压缩时，平均粒子间法向力与填充因子及平均配位数成反比，且该关系适用于任意结构的此类颗粒物质。
2024-01-26 astro-ph.EP cond-mat.soft physics.geo-ph
Equilibrium distribution of the liquid phase in an unsaturated granular material
针对非饱和颗粒介质中重力与毛细力竞争决定液相结合分布的问题，本文用 Langevin 方程推导出 funicular 状态下的 Boltzmann 分布，并经不同多分散度样品的电导率实验验证。
2025-07-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.geo-ph
Isostatic phase transition and instability in stiff granular materials
在这封信中，结构刚度的概念是用来理解不稳定性的起源在粒状骨料。结果表明：（1）非粘性颗粒集料的接触网络在大刚度-荷载比的极限下完全均衡; b）均衡性是这些系统对扰动的极大敏感性的原因，以及c）颗粒材料的载荷-应力响应函数在均衡极限中是临界的（幂律分布）。因此，在无限大的刚度极限下存在相变，并且由此产生的均衡相的特征在于对扰动的巨大不稳定性。
1998-07-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Flow of wet granular materials: a numerical study
我们模拟致密组件的摩擦球形颗粒在稳定的剪切流控制下的正应力$P$在少量的间隙液体，这引起毛细血管扩张，假设孤立（摆动制度），并吸引力的存在下。该系统的行为取决于两个无量纲的控制参数：惯性数$I$和减少的压力$P^*=aP/(πΓ)$，比较约束力$\sim a^2P$弯月面拉伸强度$F_0=πΓa$，颗粒的直径$a$加入的表面张力$Γ$的。我们特别注意慢流的准静态极限，并观察系统的，持久的应变局部化的一些内聚为主（$P^*\sim 0.1$）系统。均质定常流动的特征在于内摩擦系数$μ^*$和固体分数$Φ$对$I$和$P^*$的依赖性。我们记录相当小，但不可忽略的正常应力差异和中等敏感性的系统内的摆动政权饱和。毛细管力对系统的宏观行为有显著影响，高达几个单位的$P^*$值。有效压力的概念可用于预测当$P^*$降低时$μ^*$的强烈增加的数量级，但是这种粗略的方法不能解释毛细管内聚引起的复杂结构变化。同样地，与压力有关的临界状态的莫尔-库仑判据，充其量是在有限压力范围内有效的近似，用$P^*\ge 1$。在足够小的$P^*$，相互作用的颗粒大集群形成在缓慢的流动，其中液体债券生存几个单位的剪切应变。这会影响与不同相互作用相关的各向异性，以及函数$μ^*(I)$的形状，它比无内聚系统更慢地偏离准静态极限。
2015-04-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.comp-ph
Numerical Investigation on the Compressive Behavior of Hierarchical Granular Piles
本研究采用离散元方法进行大规模数值模拟，证实了分层颗粒桩压缩时的三阶段演化过程，并开发了半解析模型，为彗星内部密度建模和小冰质天体热演化提供了见解。
2025-05-19 astro-ph.EP cond-mat.soft physics.geo-ph
Strain localization and failure of disordered particle rafts with tunable ductility during tensile deformation
对二维多分散颗粒筏状结构的无序固体模型进行了准静态拉伸实验。通过控制毛细管相互作用范围来调节延展性，毛细管相互作用范围随颗粒尺寸而变化。在拉伸试验期间，在弹性形变的初始阶段之后，应变局部化发生并且导致剪切带的形成，在该剪切带处支柱随后失效。在这个过程中，具有长程相互作用的小颗粒可以承受大的塑性形变而不会形成明显的空隙，而具有短程相互作用的大颗粒则会在小变形下破裂而急剧失效。粒子级结构进行了测量，应变局部化区域被发现具有较高的结构各向异性比散装。各向异性位点和颗粒重排之间的局部相互作用是驱动应变局部化和随后的破坏的主要机制，并且这种相互作用在延性和脆性行为之间存在显著差异。
2020-05-08 cond-mat.soft
Capillary assemblies in a rotating magnetic field
漂浮在流体上的小物体由于毛细力而具有聚集的趋势。在磁感应场的帮助下，这种效应已被用于将亚毫米金属球组装成各种结构，其形状和大小可以调整。在随时间变化的磁场下，这些组合体由于其所采用的形状的时间反演对称性的破坏而能够推进它们自己。在这篇文章中，我们研究了面内旋转的磁场对这些结构的影响。已经观察到具有不同的潜在机制的各种旋转模式。粒子的磁性使它们单独旋转。组件中的偶极-偶极相互作用可以导致整个结构与场对准。最后，非往复变形可以为组件的旋转提供动力。对称性在动力学中起着重要的作用，以及所施加的场的频率和振幅。理解这些效应的相互作用是必不可少的，无论是解释以前的观察，并开发这些组件的新功能。
2019-11-13 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Measuring and upscaling micromechanical interactions in a cohesive granular material
无序非均匀介质的力学性质一般取决于多个长度尺度之间的复杂相互作用。因此，在这种材料中，将局部相互作用与宏观可观测量（如刚度或断裂）联系起来是一个挑战。在这里，我们研究了由软聚合物桥连在一起的玻璃珠组成的粘性颗粒材料的性质。我们使用基于柔性微量移液器偏转的装置，研究了单桥在牵引和剪切作用下的机械响应。这些测量，以及来自颗粒填料的X射线显微照片的信息，然后通知大规模离散元模型（DEM）模拟。虽然简单，但这些模拟在各个方面都受到经验测量的约束，并准确预测骨料的机械响应，包括其压缩失效的细节，以及材料的刚度如何取决于其部件的刚度和几何形状。通过演示如何准确地将微观信息与宏观性质联系起来，这些结果为预测复杂无序材料（如多孔岩石、雪或泡沫）的行为提供了新的视角。
2021-03-25 cond-mat.soft
Building granular structures with elasto-active systems
研究将刚性微型机器人连接到弹性梁形成弹性活性结构，揭示其在不同颗粒密度环境中通过温和相互作用聚集障碍物或雕刻空隙的机制，为活性导航与环境重构提供理论框架。
2025-11-03 cond-mat.soft
Competition between Glassy Five-Fold Structures and Locally Dense Packing Structures Governs Two-Stage Compaction of Granular Hexapods
School of Physics, Chengdu University of Technology（成都理工大学物理学院）；State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection, Chengdu University of Technology（成都理工大学地质灾害防治与地质环境国家重点实验室）；School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学物理与天文学院）；School of Physics and Electronic Science, East China Normal University（华东师范大学物理与电子科学学院）
本研究利用X射线断层扫描实验发现，3D打印六足体颗粒的敲击压实呈现两阶段机制：初期由颗粒互锁形成局部力学稳定结构，后期则形成五重对称的密集多面体聚集体，表现出类硬球系统的玻璃态无序构型，揭示了无序颗粒材料的普适组织原则。
2025-11-02 cond-mat.soft
Fracture of granular materials composed of arbitrary grain shapes: A new cohesive interaction model
离散元方法（DEM）是模拟粘性颗粒材料断裂的有用工具。对于这种应用，通常采用简单的颗粒形状（2D中的圆盘，3D中的球体）。然而，处理更一般的颗粒形状允许考虑真实材料中颗粒的自然异质性。我们提出了一个离散的模型，允许模仿接触或非接触颗粒之间的凝聚力，无论它们在2D和3D中的形状。内聚相互作用由放置在相互作用颗粒上的内聚点组成，目的是表示位于颗粒之间的内聚相。接触的情况下，解决根据单边接触和库仑摩擦定律。为了测试所开发的模型，2D单轴压缩模拟进行。数值结果表明，该模型能够模拟宏观行为的骨料颗粒受到轴向压缩，以及断裂的启动和传播。模型和样本参数的影响的研究提供了重要的信息的模型再现各种行为的能力。
2016-07-04 cond-mat.soft
Mermaid Cereal: Interactions and Pattern Formation in a Macroscopic Magnetocapillary SALR System
本文研究嵌入永磁体的漂浮毫米圆盘在流体界面上的 SALR 相互作用，结合二维实验与模拟揭示填充分数增加时由晶格到局域团簇再到系统尺度条纹的平衡图案转变，并实现磁力外控。
2024-03-02 cond-mat.soft
Droplet and cluster formation in freely falling granular streams
粒子束是探测原子和分子相互作用的重要工具。在这里，我们表明，粒子束也提供了一个独特的机会，调查宏观系统中的相互作用，如颗粒介质。最近的实验的灵感表现出液体般的分裂成液滴的颗粒流，我们使用分子动力学模拟来研究的宏观球加速出一个开放的水库底部的密集流的演变。我们展示了如何纳米级的细节与碰撞过程中的能量耗散修改流的宏观行为。我们发现，非弹性碰撞准直流，而存在的短程吸引力的相互作用驱动结构的形成。通过恢复恢复系数（即，撞击前后的相对速度比）和内聚相互作用的强度，我们绘制出了一系列的行为，从所有颗粒漂移分开的气体状射流到破碎成包含数百个颗粒的大液滴的液体状流。我们还发现了一个新的，中间制度，其中小的聚集体形式从气相中捕获，类似于可以观察到的分子束。我们的研究结果表明，几乎所有方面的流行为密切相关的速度梯度与垂直自由降落。在此基础上，我们提出了一个简单的能量平衡模型来解释液滴的形成过程。模拟和模型的定性以及许多定量特征与现有的实验数据进行了比较，并提供了第一个定量措施的吸引力在自由冷却颗粒流的作用。
2010-11-02 cond-mat.soft
Dilute Wet Granulates: Nonequilibrium Dynamics and Structure Formation
我们研究了一种由湿颗粒组成的气体，表面覆盖着一层薄液膜。动态演化是由两个粒子的相互作用，这主要是由于在干燥的颗粒气体相反的界面力。当两个湿颗粒碰撞时，形成毛细管桥，并且当桥断裂时保持完整直到一定的撤回距离，从而消耗固定量的能量。一个自由冷却系统进行非平衡动态相变从一个主要是单粒子和快速冷却的状态与不断增长的聚集体，使桥断裂成为一个罕见的事件和冷却是缓慢的。在团簇生长的早期阶段，团簇的聚集是一个自相似的过程，其分形维数约为D_f ~ 2。在稍后的时间，观察到最终吸收所有颗粒的吸收团簇。最后的簇在大尺度上是紧凑的，而在小尺度上是分形的，D_f ~ 2。
2009-06-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Driven low density granular mixtures
本文采用简单的解析估计和直接模拟蒙特卡罗方法研究了二维颗粒混合物在能量驱动下的稳态性质。我们采用两种不同的驱动机制：a）均匀的热浴摩擦和b）振动边界（热或谐波）在重力的存在。主要调查结果如下：两个不同的颗粒温度的外观，一个为每个物种;存在的人口过剩的尾巴的速度分布函数和非平凡的空间相关性表明自发形成的集群聚集。在流体受到重力和振动边界的情况下，密度和温度都显示沿垂直于壁的方向的非均匀分布，特别是温度分布对于两种物质是不同的，而温度比几乎是恒定的高度。最后，我们得到了不同高度的速度分布，并验证了所得分布的非高斯性。
2002-05-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Simple particle model for low-density granular flow interacting with ambient fluid
为了理解低密度颗粒流中斑图形成的过程，我们提出了一个简单的颗粒模型。该模型考虑球形颗粒基于三种力在倾斜平面上移动：重力作为驱动力，由于颗粒碰撞产生的排斥力，以及作为颗粒通过周围流体的相互作用的阻力。该模型的数值模拟在两种不同类型的二维平面中进行，即，处理单层。在平行于斜坡的水平面内，颗粒在颗粒流的运动前沿聚集，随后，流动不稳定性以波浪形模式发生。这种流型是由拖曳力引起的颗粒间相互作用引起的。此外，在聚集体内部形成颗粒的涡旋对流。同时，在坡面上的垂直面内，在颗粒流的运动前沿也发现了颗粒的聚集现象。聚集体类似于头-尾结构，其中随着时间的推移，对斜坡的正面角度从更大的角度接近60度。通过改变颗粒尺寸的数值结果比较，颗粒流的定性动力学与尺寸无关。为了阐明这个原因，我们对这个模型进行了无量纲化。结果表明，我们的模型可以简化为一个无量纲的方程，一个无量纲的参数，代表的比例，重力项的排除体积效应。
2019-04-23 cond-mat.soft nlin.PS
Evolution of network architecture in a granular material under compression
当颗粒材料被压缩时，系统内的颗粒和力排列形成复杂的异质结构。力链是一个很好的例子，被认为是限制了机械稳定性和声传输等整体性能。然而，表征颗粒系统中的中尺度架构的动态性质可能是具有挑战性的。越来越多的工作表明，图论方法可以为解决这些问题提供一个有用的基础。在这里，我们扩展了目前的方法，利用多层网络作为一个框架，直接量化的压缩颗粒系统中的中尺度体系结构的演变。我们研究了一个准二维聚集的光弹性盘，通过一系列的小，准静态步骤进行双轴压缩。将粒子视为网络节点，粒子间力视为网络边缘，通过将每个应变步骤中存在的一系列静力网络连接在一起，构建了一个多层网络。然后，我们提取固有的中尺度结构的系统，通过使用一个泛化的社区检测方法，我们定义了定量的措施来表征整个压缩的重构和演变的结构。通过分别考虑法向力和切向力网络，我们发现它们表现出不同的结构演化。为了测试网络模型对粒子属性的敏感性，我们研究了该方法是否可以区分一个子系统的低摩擦粒子浴内的高摩擦粒子。我们发现，这可以通过考虑切向力的网络来实现。整个研究中讨论的结果表明，这些新的网络科学技术可以提供一种直接的方法来比较和分类数据系统在不同的外部条件下，或具有不同的物理化妆。
2016-03-29 cond-mat.soft nlin.AO
