Mechanical response of packings of non-spherical particles: A case study of 2D packings of circulo-lines
我们调查的机械响应堵塞包装的circulo线，通过纯粹的排斥，线性弹簧力相互作用，作为一个函数的压力$P$在非热，准静态各向同性压缩。以前的工作表明，整体平均剪切模量堵塞的磁盘填料的规模作为一个幂律，$\langle G(P) \rangle \sim P^β$，与$β\sim 0.5$，在很宽的压力范围。对于circulo线的包装，我们也发现强大的幂律缩放的$\langle G(P)\rangle$在相同的压力范围内的纵横比${\cal R} \gtrsim 1.2$。然而，幂律标度指数$β\sim 0.8$ - $0.9$远大于堵塞的磁盘填料。为了理解这种行为的起源，我们分解$\langle G\rangle$到单独的贡献，从几何家庭，$G_f$，并从粒子间的接触网络，$G_r$的变化，使$\langle G \rangle = \langle G_f\rangle + \langle G_r \rangle$。结果表明，低压环管堵塞填料族的剪切模量随压力的增大而增大，随压力的减小而减小，而低压圆盘堵塞填料族的剪切模量仅随压力的增大而减小。因此，在有限压力下，环管堵塞填料的几何族贡献$\langle G_f \rangle$远大于圆盘堵塞填料，导致幂律标度指数增加。
2021-05-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Mechanical and geometrical properties of jammed wet granular materials
数值研究了具有不可逆吸引相互作用的稠密湿颗粒的力学和几何性质。剪切模量随填充率的增加出现两个拐点，体积模量随填充率的增加出现非单调变化。配位数也表现出两个拐点。由于吸引相互作用，成对关联函数中的峰值位置向较低值移动。的Voronoi镶嵌的颗粒配置显示，概率密度函数的体积的Voronoi细胞扩大的包装分数接近堵塞点。
2022-09-10 cond-mat.soft
Evaporation-driven assembly of colloidal particles
在缓慢蒸发过程中，在液滴界面处吸收的胶体颗粒排列成独特的填充物（Manoharan等人，Science 301，第483-487页）。我们提出了一个数值和理论分析的包装选择问题。选择独特的填料几乎完全取决于干燥过程中的几何约束。
2004-04-09 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
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
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
Shear-induced pressure anisotropy in granular materials of nonspherical particles
Institute for Multiscale Simulation, Friedrich-Alexander-Universit\"at Erlangen-N\"urnberg, Cauerstrasse 3, 91058 Erlangen, Germany
本研究探讨了非球形颗粒在剪切作用下的压力各向异性现象，发现颗粒摩擦力影响颗粒对齐和压力分布，与非牛顿流体的Weissenberg效应有相似之处。
2025-12-11 cond-mat.soft
Compaction of cereal grain
我们报告简单的振荡实验，以衡量压实的一列弗斯燕麦颗粒。这种颗粒是具有双峰多分散性的细长各向异性颗粒。在这些实验中，颗粒的配置开始从一个最初的无序，低包装分数的状态，并在垂直振动下发展到一个密集的状态，在约束管的表面的向列相结构的证据。这伴随着颗粒的堆积分数的增加。
2013-06-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Shear flow of frictional spheroids: Comparison between elongated and flattened particles
本研究通过数值模拟探讨了非球形颗粒几何形状对稠密颗粒剪切流流变特性的影响，发现扁平和 elongated 颗粒在耗散机制、速度波动及组构各向异性上存在显著差异，为工业和地球物理应用提供了新见解。
2025-11-03 cond-mat.soft
Intrinsic conformal order revealed in geometrically confined long-range repulsive particles
本文基于六角盘模型分析了长程排斥产生的非均匀性，揭示了力学平衡下粒子堆积的本征共形序及其受拓扑缺陷保护的特性，为利用长程力创造新型粒子堆积提供了新可能。
2024-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Machine Learning Characterization of Structural Defects in Amorphous Packings of Dimers and Ellipses
对称颗粒的无定形包装内的结构缺陷可以使用机器学习方法来表征，该方法结合了径向距离和角度排列的结构函数。这就产生了一个标量场\emph{softness}，它与粒子将要重排的概率相关。然而，当颗粒形状被拉长时，如在二聚体和椭圆的情况下，我们发现标准结构函数产生不精确的柔软度测量。此外，椭圆形呈现出与圆形颗粒形成鲜明对比的变形轮廓。为了解释方向和对齐的影响，我们引入了新的结构函数来恢复软度的预测性能，并提供对局部和扩展动态的物理见解。我们研究了一个模型无序固体，一个双分散的二维颗粒柱，单轴压缩驱动，完全由单体，二聚体，或椭圆。我们演示了如何通过支持向量机的软度计算扩展到二聚体和椭圆引入新的取向结构功能。然后，我们突出的空间范围的重排和缺陷，以及它们的互相关，为每个粒子形状。最后，我们展示了一个额外的机器学习算法，递归特征消除，提供了一个途径，以更好地理解软度是如何从特定的结构方面产生的。我们确定了最关键的结构功能，在确定柔软性，并讨论其物理意义。
2019-01-26 cond-mat.soft
Packing, alignment and flow of shape-anisotropic grains in a 3D silo experiment
颗粒状材料流过瓶颈，如筒仓开口，往往会堵塞并抑制进一步流动。我们研究了这种现象，在一个三维漏斗的球形和形状各向异性的颗粒通过X射线层析成像。X射线断层图像提供了有关颗粒填料体积的信息，并允许确定筒仓内的颗粒位置和方向。此外，它还可以计算容器不同部分的局部堆积密度。我们发现，在筒仓的流动区的颗粒显示出一个优先取向，从而更高的秩序。与简单剪切流相似，颗粒的平均取向并不平行于流线，而是与流线成一定的夹角，在料斗的大部分区域，颗粒的角分布没有达到稳态剪切流时的分布，因此料斗内颗粒的平均取向角偏离流线的程度比稳态剪切流时更大。在筒仓的流动部分剪切引起的膨胀观察，这是更明显的细长颗粒比近球形颗粒。堵塞状态的特征在于一个圆顶，即。e.阻止流出的颗粒层的几何形状。圆顶的形状取决于颗粒的形状。
2016-09-09 cond-mat.soft
Packing geometry and statistics of force networks in granular media
研究了颗粒介质中填充几何与力网络统计之间的关系。基于对赫兹球的二维填充的模拟，我们发展了一个将粒子间力P（f）的分布与在实验中测量的重量分布P}（w）联系起来的几何框架。我们应用这个框架来重新解释最近的实验数据的强烈变形包装，并建议所观察到的变化P（w）的变化主要是由接触网络的变化，而P（f）保持相对不变。此外，我们调查的包装无序的q模型的上下文中的作用，并解决的问题，如何建立力的波动作为一个函数的距离下的顶面。
2003-10-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
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
Measuring order in the isotropic packing of elastic rods
弹性体的堆积已成为研究宏观无序系统的一个范例。然而，由于缺乏受控实验，进展受到阻碍。在这里，我们考虑一个模型实验的各向同性的二维约束杆的中心力。我们试图衡量如何有序是一个折叠的配置，我们确定了两个关键的数量。几何特征由配置中的叠加层的数量给出。利用时间调制的约束力，我们探测的力学性质的配置，我们定义和测量其有效压缩性。这两个量可用于建立填充弹性系统的统计框架。
2011-02-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Understanding the Frequency Distribution of Mechanically Stable Disk Packings
在小系统中数值研究了无摩擦双分散圆盘机械稳定（MS）填料的相对频率。填充是通过连续压缩或解压缩一个软的纯排斥盘系统，然后通过能量最小化，直到只剩下无限小的粒子重叠来创建的。对于多达14个颗粒的系统，产生了大部分MS填料。我们发现，包装是不一样的可能性已被假定在最近的热力学描述的颗粒系统。相反，在每个填充分数间隔$Δϕ$上平均的频率分布随着$ϕ$的增加而呈指数增长。此外，在每个填充分数间隔MS填充发生的频率$f_k$，不同的许多数量级。此外，频率分布的关键特征不会改变，当我们显着改变包装生成算法-例如，频繁包装仍然频繁和罕见的仍然罕见。这些结果表明，MS填料的频率分布的强烈影响的几何性质的多维配置空间。通过将热波动添加到一组MS填充物中，我们能够检查每个填充物附近的配置空间的一些局部特征，包括给定填充物破裂成不同填充物所需的时间，这使我们能够估计将一个填充物与另一个分开的能量障碍。我们发现，包装频率和最低的能量势垒$ε_0$的高度之间的正相关性。我们还研究了位移波动远离MS填料相关的大小和形状的本地盆地附近的每个包装的包装频率。
2006-06-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Stress anisotropy in shear-jammed packings of frictionless disks
我们进行计算研究的排斥，无摩擦磁盘的机械稳定（MS）包装的应力各向异性的发展。我们专注于两个协议产生MS填充：1）各向同性压缩和2）施加简单或纯剪切应变$γ$在固定的包装分数$ϕ$。无摩擦圆盘的MS填充在$ϕ$ - $γ$平面中以几何族（即具有正曲率的抛物线段）的形式出现。方案1中的MS填充填充了具有斜率符号$dϕ/dγ>0$和$dϕ/dγ<0$的抛物线段。相比之下，方案2的MS填充仅用$dϕ/dγ<0$填充片段。对于简单剪切和纯剪切，我们推导出了MS填充沿几何族的应力各向异性和粘性$dϕ/dγ$之间的关系。我们表明，MS填料制备使用各向同性压缩，应力各向异性分布是高斯为中心的零与标准偏差，随着系统尺寸的增加而减少。对于剪切堵塞MS填料，应力各向异性分布是依赖于应变的Weibull分布的卷积，其在大系统极限中具有非零平均值和标准差。我们还开发了一个框架来计算应力各向异性分布通过协议2产生的包装的应力各向异性分布通过协议1。这些结果强调，对于排斥摩擦无盘，不同的包装生成协议引起不同的MS包装概率，从而导致MS包装的宏观性质的差异。
2018-06-12 cond-mat.soft
Effect of particle shape on the flow of an hourglass
研究颗粒形状对沙漏流量的影响，发现流量随长宽比非单调变化，在扁豆状和米粒状椭球处出现两个峰值，并揭示填充率和孔口速度是主要贡献因素。
2024-07-31 cond-mat.soft
In pursuit of the tetratic phase in hard rectangles
本文利用硬粒子 Monte Carlo 模拟建立二维硬矩形在恒压下的完整相图，揭示中等长宽比体系中的 tetratic（双轴向列）相及其到近晶相的弱不连续转变。
2024-08-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Rheology of a sonofluidized granular packing
我们报告的实验测量下的振动产生的声音注入弱的水平的干燥颗粒材料的流变学。首先，我们测量施加在大量移动的金属丝上的拖曳力。我们发现，当驱动振动能量增加时，有效流变学急剧变化：从非线性动态摩擦行为-随速度弱增加-线性力-速度制度。我们提出了一个简单的启发式模型来解释在有限的振动强度和线性力-速度行为的发病应力动态阈值的消失。其次，我们测量了拖曳速度、振动能量和直径变化时球形入侵者所受的拖曳力。我们证明了一个所谓的“几何硬化”效应较小尺寸的入侵者和对数硬化效应的速度依赖性。我们表明，这最后的效果是只有弱依赖于振动强度。
2009-11-06 cond-mat.soft
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
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
Yielding, Rigidity, and Tensile Stress in Sheared Columns of Hexapod Granules
非凸形或细长颗粒的颗粒填料可以形成独立的结构，如壁或拱。对于一些颗粒形状，如钉，刚性来自于颗粒对的互锁，但对于非互锁颗粒的刚性起源仍不清楚。我们报告的实验和数值模拟的剪切柱的“六足”，粒子组成的三个相互正交的球柱的中心重合。我们改变的长度与直径的纵横比，$α$，球柱体和准静态直接剪切的包装。对于小的$α$，我们观察到一个有限的屈服应力。然而，对于大的$α$，柱在剪切时变得刚性，支撑随着应变增加而急剧增加的应力。在剪切过程中收集的X射线微计算机断层成像（Micro-CT）数据的分析表明，硬化与标称剪切平面附近的倾斜扁球形六足簇相关，其中颗粒变形和平均接触数均增加。模拟结果表明，即使粒子没有成对地互锁，它们也会沿着一个方向共同受到张力。这些张力来自承载大扭矩的接触力，并且它们垂直于填料中的压缩应力。它们抵消了膨胀的趋势，从而稳定了粒子团。
2020-07-03 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
A comparison of jamming behavior in systems composed of dimer- and ellipse-shaped particles
我们比较的结构和力学性质的静态包装组成的无摩擦凸（椭圆形）和凹（刚性二聚体）颗粒在两个维度。我们采用数值模拟产生静态填料和测量的剪切应力响应于施加简单的剪切应变作为纵横比和压缩量的函数。我们发现，近干扰的行为是显着不同的椭圆和二聚体，即使这两种形状的特征大致由纵横比，并拥有相同数量的平移和旋转的自由度，每个粒子。例如，我们发现，椭圆填料是hypostatic（不均衡的发现二聚体），显示新的幂律缩放的静态线性剪切模量和接触数与压缩量，并具有应力-应变关系，是定性不同的二聚体。因此，我们观察到各向异性颗粒的静态堆积的重要宏观性质可以取决于单个颗粒的微观几何特征。
2010-01-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Training cell stress patterns in 3D cellular packings
Syracuse University（雪城大学）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）
研究通过对比学习算法在可重构细胞组织中训练细胞应力模式，揭示了机械状态、容量和训练协议的相互作用，以及组织刚性对探索与利用的平衡影响。
2026-04-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
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
Efficient Simulation of Deformable Particles
提出一种描述柔软圆形粒子响应外力与碰撞的二维形变模型，基于物理几何性质建立方程并考虑能量守恒，经DP模型验证准确性，可计算总力并获取无热与热平衡堆积。
2024-08-27 cond-mat.soft physics.comp-ph
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 Constant Mean Curvature (Delaunay) Surfaces
本文研究了常平均曲率（CMC）旋转表面上的晶体颗粒阵列的结构。这种弯曲的晶体已经通过在液体毛细管桥上产生电荷稳定的胶体阵列来物理实现。CMC旋转曲面，由Charles Delaunay在1841年分类，包括2-球，圆柱，消失的平均曲率链面（最小曲面）和更丰富和更少研究的波状面和结节面。我们用数值方法确定了1000个点状粒子与两两排斥偶极-偶极相互作用势相互作用的候选基态构型。我们模仿拉伸的毛细管桥确定的平衡配置的颗粒排列在一个序列的Delaunay表面上获得的增加或减少的高度在恒定的体积从一个给定的初始表面，无论是脂肪圆柱体或方形圆柱体。在这种情况下，拉伸过程需要一个通过一个复杂的序列的Delaunay表面，每个具有不同的几何参数，包括纵横比，平均曲率和最大高斯曲率。波状体、悬链状体和结节状体都在这个过程中出现。在基态的缺陷图案从在边界处的位错发展到在内部的位错到在内部的褶皱和疤痕，然后在内部的孤立的7倍向错，因为毛细管桥在腰部（赤道）处变窄并且最大（负）高斯曲率增长。我们还检查理论预测，孤立的向错是存在于基态时，表面包含一个测地光盘集成高斯曲率超过-π/3。最后，我们探索最小的能量配置集切片的一个给定的Delaunay表面，并获得配置和缺陷图案与拉伸中看到的一致。
2013-07-14 cond-mat.soft
Free volume theory explains the unusual behavior of viscosity in a non-confluent tissue during morphogenesis
本研究通过基于智能体的二维组织模拟，发现细胞大小的多分散性和变形倾向导致自由面积饱和，从而解释了非融合组织中黏度在临界堆积分数后保持恒定的异常现象。
2023-11-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
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
Biased ensembles of pulsating active matter
本文利用大偏差理论发现，脉动活性粒子在偏置系综中可呈现高或消失的脉动电流状态，转变由几何形状决定，并可用主曲线预测，且局部偏置可产生形变波。
2025-01-03 cond-mat.soft
Active particles in periodic lattices
自然和人工的小规模游泳者通常可以在受到复杂几何约束的环境中自推进。虽然过去大多数关于低雷诺数运动的理论工作都是针对理想化的几何情况，但对游泳者在异质环境中的运动知之甚少。作为第一个理论模型，我们调查数值的行为，一个单一的球形微型游泳者位于一个无限的，周期性的体心立方晶格组成的刚性惰性球体的大小相同的游泳者。运行大量的模拟，我们发现可能的轨迹作为一个功能的游泳驱动的强度和晶格的堆积密度的相图。然后，我们使用流体动力学理论来合理化我们的计算结果，并特别显示如何远场性质的游泳者（推与拉）甚至在高体积分数的行为。
2017-11-15 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Optimal shapes of compact strings
最佳的几何排列，如原子的堆叠，在不同的学科中是相关的。一个经典的问题是确定三维空间中球体的最佳排列，以达到最高的填充分数;直到最近才证明无限系统的答案是面心立方晶格。这个简单明了的问题在许多领域都产生了深远的影响，从原子系统的结晶和熔化，到物体的最佳包装和空间的细分。在这里，我们研究一个类似的问题--确定紧密排列的紧弦的最佳形状。这个问题是生物学、化学和物理学中常见情况的数学理想化，涉及折叠聚合物链的最佳结构。我们发现，在边界效应不占主导地位的情况下，选择具有特定节距半径比的螺旋。有趣的是，在天然蛋白质的螺旋中也观察到了相同的几何结构。
2000-10-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Structures of simple liquids in contact with nanosculptured surfaces
我们提出了一个密度泛函研究的Lennard-Jones液体与纳米波纹壁接触。相应的衬底电位被认为表现出排斥硬核和范德华吸引力。该模型是由一个周期性阵列的正方形纳米凹坑。我们已经使用了修改后的Rosenfeld密度泛函，以研究这些液体的界面结构，相对于它们的热力学体相被认为是深内的液相。我们发现，已经大大低于这些液体的散装冷冻的包装分数，在纳米孔内的三维样的密度定位集。如果凹坑的尺寸与填充要求相称，我们观察到在所有空间方向上由相对非常低密度的液体彼此分离的高密度斑点。这些高密度斑点的数量、形状、大小和密度敏感地取决于凹坑的深度和宽度。在坑外，只观察到分层;在坑开口上方，这些层被扭曲，扭曲达到几个分子直径。我们定量地讨论了这种密度局部化是如何影响的坑的几何特征，以及它是如何演变时，增加散装包装分数。我们的结果是转移到胶体系统和坑的尺寸对应的几个直径的胶体颗粒。对于这样的系统，这些结构变化的预测展开可以在更大的长度尺度上进行实验研究，并且更直接（例如，光学上），而对于通常需要复杂的X射线散射的分子流体。
2014-11-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
