Strain localization in planar shear of granular media: the role of porosity and boundary conditions
剪切带中的剪切应变局部化与速度弱化不稳定性和地震有关。在这里，我们模拟稳态平面剪切流动的数值粒状材料（凿），限制在平行表面之间。恒定剪切应力和恒定应变率边界条件进行了测试，这两种类型的边界条件被发现产生不同的速度剖面和摩擦定律。惯性数$I$对层的行为具有最大的控制作用，但在常应力边界条件下，观察到摩擦对层的正应力和厚度的额外依赖性。我们发现，剪切带本地化，这是目前在准静态政权（$I<10^{-3}$）在速率控制剪切，应力控制加载下是不存在的。在后一种情况下，当宏观摩擦系数接近准静态摩擦值时，流动停止。在较高惯性数（$I>10^{-3}$）下出现的惯性区域与分布剪切、摩擦和孔隙度相关，所述分布剪切、摩擦和孔隙度随剪切速率增加（速率强化区域）。常应力边界条件下的剪切产生的惯性，分布剪切，但从来没有准静态，局部变形的发现是合理的，基于低波动的剪切力在颗粒接触应力控制加载。通过检查孔隙度内和外的剪切带，我们还提供了一个机械的原因，准静态和惯性剪切之间的过渡与本地化和分布式应变之间的过渡相一致。
2021-11-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.geo-ph
Scaling law of the drag force in dense granular media
利用三维静止颗粒介质中球形入侵者的拖曳系统，数值研究了重力作用下运动入侵者所受拖曳力$F_{\rm drag}$的标度律.假设直径为$D$的入侵者浸入由平均直径为$d$的颗粒组成的颗粒介质中，位于深度为$h$并以速度$V$移动，我们发现$F_{\rm drag}$可以标度为$(D+d)^{ϕ_μ} h^{α_μ}$，具有两个指数$ϕ_μ$和$α_μ$，它们取决于摩擦系数$μ$并满足近似求和规则$ϕ_μ+α_μ\approx 3$。如果$h$足够深，则该标度律对任意弗劳德数（由$\mathrm{Fr}={2 V}\sqrt{{2D}/{g}}\big/(D+d)$定义）都有效。我们还确定存在三个制度（准静态，线性和二次）至少摩擦颗粒的阻力的速度依赖性。在准静态到线性状态之间的$\mathrm{Fr}\approx 1$处以及在线性到二次状态之间的$\mathrm{Fr}\approx 5$处发生交叉。我们还观察到，弗劳德数在这些政权之间的交叉发生的深度$h$和入侵者$D$的直径是独立的。我们还报告了入侵者的平均配位数和平均接触角作为入侵者速度的函数的数值结果。
2020-05-12 cond-mat.soft
Reversible-to-irreversible transition of colloidal polycrystals under cyclic athermal quasistatic deformation
本文研究胶体多晶在循环拉压与剪切变形下的可逆-不可逆转变，发现两种模式均发生该转变但剪切模式阈值应变更大，并揭示位错运动、晶界消失及应变累积方向差异。
2024-04-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Amorphous Systems in Athermal, Quasistatic Shear
我们提出了一系列的二维原子计算机模拟的非晶系统进行简单的剪切在无热，准静态极限的结果。的非热准静态轨迹分离成光滑的，可逆的弹性分支，间歇性地打破离散的灾难性塑性事件。一个典型的塑性事件的发病进行了研究与精度，它表明，该系统的模式是负责的稳定性损失的结构在实空间中是一致的四极源作用于弹性矩阵。塑性事件本身被证明是由本地化的剪切变换，组织成线的滑动跨越模拟单元格的长度，并讨论了组织的机制。虽然在一个单一的事件有很强的空间相关性的变形，我们发现很少的相关性从一个事件到下一个，这些瞬态线的滑移是不混淆与持久的区域的局部剪切-所谓的“剪切带”-在相关研究中发现。滑移线引起特定的标度与系统长度的各种措施的事件大小。引人注目的是，使用三种不同的相互作用势获得的数据可以在一个简单的重新标度后，进入定量协议，强调这些无序系统中的新兴的塑性行为的不敏感性的确切细节的基础上的相互作用。这些结果应该与理解系统中的塑性形变有关，例如远低于其玻璃化温度的金属玻璃、软玻璃系统（例如致密乳液）或压缩颗粒材料。
2005-10-28 cond-mat.soft
Subdiffusion and cage effect in a sheared granular material
实验研究了二维双分散干颗粒材料在准静态循环剪切下的扩散性质，并将这些性质与硬球系统和Lenard-Jones液体的计算机模拟结果以及玻璃化转变附近的胶体系统的实验结果进行了比较，结果表明颗粒材料的行为与这些系统具有很强的相似性。更具体地说，我们详细研究了笼动力学负责的次扩散在缓慢的松弛制度，并获得相关的时间和长度尺度的值。
2004-07-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Jamming is a first-order transition with quenched disorder in amorphous materials sheared by cyclic quasistatic deformations
本研究针对阻塞相变的属性争议，通过对循环准静态剪切的二维、三维非晶体系开展标度分析，证明阻塞是伴随淬火无序的一级相变，为其研究提供了新的理论框架。
2024-10-31 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Forced flow of granular media: Breakdown of the Beverloo scaling
颗粒物质重力流通过小孔的Beverloo标度有两个明显的普遍特征。一方面，流速与颗粒柱的高度无关。另一方面，不太为人所知但更引人注目的是，流速对颗粒的材料特性（密度、杨氏模量、摩擦系数等）相当不敏感。我们表明，这两个通用功能丢失，如果工作是在一个高速率的系统上完成。与粘性流体相反，如果在颗粒柱的自由表面上施加恒定的压力，则在排出期间流速增加。此外，流速变得对材料性质敏感。然而，出现了一个新的通用功能：耗散功率缩放的平均压力和流量遵循主曲线的强制和非强制条件下，所有材料的性能研究。我们表明，这一特点可以解释，如果在筒仓中的颗粒流被假定为一个准静态剪切流下的$μ(I)$流变。
2020-05-14 cond-mat.soft
Down-hill creep of a granular material under expansion/contraction cycles
本文研究了斜坡上一层颗粒状材料的下坡蠕变问题，该问题是由颗粒大小的振荡变化引起的。该材料被建模为一个无热的二维多分散系统的软盘重力作用下。倾斜角低于临界休止角，因此系统在静态外部条件下达到平衡构型。然而，在一个协议，其中颗粒缓慢地改变尺寸在准静态振荡的方式下，系统被观察到以同步的方式与振荡蠕变下来。我们测量每个循环的蠕变提前作为一个函数的倾角和粒度的变化程度。此外，我们考虑的情况下，颗粒大小的振荡幅度随深度减小，因为它可能会被认为是发生在倾斜地形的粒状土壤的情况下。在这种情况下，获得了在表面处最大并且随着深度平滑地消失的蠕变曲线，正如在现场观察到的那样。
2022-08-30 cond-mat.soft
Spatially-resolved measurements of micro-deformations in granular materials using DWS
这篇文章是一个基于多次散射的微小变形测量方法的实际实现教程。这项技术是最近发展起来的，并已被证明可以为颗粒材料中应变的空间再分配提供新的见解。我们在这里提供的基础知识来理解的方法，通过给一个综合审查扩散波光谱和多次散射在粒状材料。我们详细介绍了一个简单的实验，使用标准的实验室设备教学演示的方法的实施。最后，我们给出了几个例子，已在其他作品中获得的测量讨论的方法的潜力。
2017-05-23 cond-mat.soft
Influences des paramètres micromécaniques dans la simulation numérique discrète des matériaux granulaires : assemblage, déformation quasi-statique, écoulements
我们回顾了细观力学参数对颗粒材料宏观力学行为的影响，在准静态条件下和在稠密流中，用离散元方法进行了数值模拟。我们特别坚持适当定义的无量纲数的作用，倾向于提供一个相当普遍有效的流变制度的分类。
2010-11-04 cond-mat.soft
Simulation of crumpled sheets via alternating quasistatic and dynamic representations
本文提出一种在准静态与动态表示之间自适应交替的混合积分方法，用于高效模拟薄弹塑性薄片的大尺度褶皱行为，并验证了折痕累积和小面面积分布等统计特性与实验一致。
2023-07-07 cond-mat.soft cs.NA math.NA
Gel-like granular materials with high durability and high deformability
建筑材料如混凝土和砂浆是通过固化粒状板形成的。这些材料通常会在地震等巨大力量的作用下断裂，导致结构倒塌和潜在的人员伤亡。防止开裂的一种研究途径是实现一种可以保持稳定形状而不会固化的材料。在这里，我们专注于涂有硅油的砂粒，实验研究的杨氏模量的颗粒板，其中普通颗粒和涂层颗粒混合的混合比$α$。发现杨氏模量在$α\ge 0.6$处迅速增加。我们使用数值模拟表明，这种突然增加的杨氏模量是由刚性渗流过渡。此外，我们能够表明，含有覆膜砂的颗粒板具有出色的变形能力，而不会在大的外部应力下坍塌。我们相信这可能会导致颗粒材料的发展，这些颗粒材料在通常的压力下是刚性的，但在更极端的条件下（如地震活动期间）是可变形的。
2023-02-21 cond-mat.soft
Logarithmic rate dependence in deforming granular materials
颗粒材料内部应力的速率无关性是许多缓慢稠密颗粒流模型的基本原则。相比之下，对数速率依赖性的应力被发现在固体对固体摩擦，在地质环境中，和其他地方。在这项工作中，我们表明，对数率依赖性发生在粒状材料的塑性（不可逆）变形，发生在剪切过程中，但不为弹性（可逆）变形，如那些发生在中度重复压缩。增加剪切速率Ω导致应力和应力波动的增加，这至少在定性上类似于由于密度增加而发生的情况。Ω的增加也导致应力积累和松弛事件的分布发生质的变化。如果剪切在t=0时停止，则发生应力松弛，σ（t）/ σ（t=0）\simeq A \log（t/t_0）。这种应力网络在几何上长时间的集体松弛提供了速率依赖性强化的机制。
2002-10-08 cond-mat.soft
Deformation-Driven Diffusion and Plastic Flow in Two-Dimensional Amorphous Granular Pillars
我们报告了一个结合实验和模拟研究的变形引起的扩散在压实的二维非晶颗粒柱，其中热波动起着微不足道的作用。支柱，由直立在基板上的双分散圆柱形缩醛塑料颗粒组成，通过以恒定速度移动的刚性杆单轴和准静态地变形。柱中的塑性流动和颗粒重排的特征在于通过计算与两个变形阶段之间的每个颗粒相关联的最佳拟合仿射变换应变和非仿射位移。非仿射位移表现出指数交叉从弹道扩散行为的累积偏应变，表明在非热颗粒填料，累积偏应变在热系统中起着时间的作用，并驱动有效的颗粒扩散。通过数值模拟进一步研究了颗粒柱的尺寸效应，发现不同尺寸的颗粒柱在变形过程中遵循自相似的形状演化规律。此外，柱的屈服应力随柱尺寸线性增加。在变形过程中形成的瞬态剪切线的支柱变得更加明显的支柱尺寸的增加。这些基本剪切带的宽度约为颗粒直径的两倍，并且不随柱尺寸而变化。
2015-02-04 cond-mat.soft
Evolution of shear zones in granular materials
本文通过实验和数值模拟研究了底部剪切单元中准静态干颗粒流宽剪切区（或剪切带）的演化。我们比较了由珠子、不规则颗粒（例如沙子）和细长颗粒组成的材料的行为。剪切一个最初随机的样品，区域宽度被发现显着减少，在第一阶段的过程。与这种减少相关的特征剪切应变约为1，并且随着形状各向异性而系统地增加，即当颗粒形状从球形变为不规则（例如砂）并变得细长（钉）时。区域宽度的强烈减小趋势之后是略微增加，这对于棒状颗粒比对于具有较小形状各向异性的颗粒（珠粒或不规则颗粒）更明显。区域宽度的演变与剪切引起的密度变化有关，对于非球形颗粒，它还涉及晶粒重取向效应。不规则颗粒的最终区域宽度明显小于球形珠。
2014-08-07 cond-mat.soft
Kinematic flow patterns in slow deformation of a dense granular material
利用\emph{in situ}成像技术结合粒子跟踪技术，对模型致密颗粒介质在缓慢变形过程中的运动学流型进行了高分辨率研究。在宏观平面应变条件下，其变形形态为平凸模压痕。使用一般的分析方法，速度梯度和变形场从无序的晶粒排列，使流动特性被量化。关键的意见是形成的停滞区，在稀释颗粒流过去的障碍物;发生的漩涡在流动的冲床下面;和形成不同的剪切带毗邻的停滞区。瞬态和稳态停滞区的几何形状，以及剪切带中的涡和应变率的强度，从实验数据中获得。所有这些结果在精确尺度的非光滑接触动力学（NSCD）模拟中得到了很好的再现。模拟的全三维数值粒子位置允许提取从实验中极难获得的流动特征。其中的三个例子，即材料自由表面的演变，变形的一个晶粒柱下面的冲头和分辨率的速度内的主剪切带，突出显示。在这个模型问题中观察到的各种流动特征也说明了制定一个完整的变形的微观力学分析描述所涉及的困难。
2015-07-19 cond-mat.soft
Softer than soft: diving into squishy granular matter
比软的软质颗粒物质由能够显著改变其形状（通常大于10%的变形）而不撕裂或破碎的颗粒组成。由于这些材料的实验和数值测试的困难，这样一个家庭的离散系统仍然在很大程度上被忽视的颗粒物质物理领域，尽管在自然界和工业中常见。无论是从数值，实验，或分析的角度来看，高度可变形的颗粒物质的研究涉及到几个挑战，例如：（$i$）需要包括大量的粮食流变学的多样性，（$ii$）需要考虑\dc{large material}变形，和（$iii$）的影响，大的身体扭曲在全球范围内的分析。在这篇文章中，我们提出了一个彻底的定义，这些粘粒系统，我们总结了即将到来的挑战，在他们的研究。
2022-04-22 cond-mat.soft
Role of material properties and mesostructure on dynamic deformation and shear instability in Al-W granular composites
动态实验与Al-W颗粒/多孔复合材料揭示了定性不同的行为与剪切局部化取决于Al颗粒之间的结合。采用二维数值模拟方法研究了Al-W颗粒/多孔复合材料大应变动态变形的细观力学行为，并解释了不同细观结构复合材料剪切局部化的差异。具体而言，Al颗粒之间的结合，孔隙率，Al和W的相对颗粒尺寸的作用，W颗粒的排列，和Al的材料性能进行了研究，使用数值计算。模拟结果表明，“软”Al颗粒之间的结合促进了剪切局部化，如实验中所见。数值计算和实验表明，颗粒复合材料中剪切局部化的机制主要是由于“软”Al在“硬”W颗粒周围的局部高应变流动引起的局部损伤累积和随后的细观/宏观剪切带/裂纹的扩展。“刚性”W颗粒是决定“软”Al颗粒基体中“扭结”剪切带的起始和传播的主要几何因素，如实验和数值计算中所观察到的，留下一些区域没有广泛的塑性形变。
2011-05-24 cond-mat.soft
Rheological and Photoelastic Response of Hydrated Soft Granular Particles
University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；University of Bristol（布里斯托大学）；University of Cambridge（剑桥大学）
本文总结了浸没光弹性颗粒材料中力解析的现状，介绍了表征水合光弹性颗粒流变和光学性质变化的技术，并报告了在浸没实验中使用光弹性颗粒的注意事项。
2026-07-01 cond-mat.soft
Avalanche properties at the yielding transition: from externally deformed glasses to active systems
该研究通过软粒子准静态数值模拟，对比被动与主动形变场景下的屈服雪崩特性，发现雪崩分布指数具普适性，流动曲线差异或源于雪崩传播的动力学效应。
2023-10-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Granular structure and heterogeneous deformation preceding avalanches
Navier, CNRS, Univ Gustave Eiffel, ENPC, Institut Polytechnique de Paris（纳维埃实验室，法国国家科学研究中心，巴黎-沙隆恩斯特·盖非尔大学，国立桥梁与道路学校，巴黎理工学院）
本研究通过实验揭示颗粒堆积雪崩前的前兆活动受制备结构与加载方向兼容性影响，但位移衰减和应变标度等空间特征保持稳健，并基于两态模型量化了局部异质性的影响。
2026-09-21 cond-mat.soft
Microscopic origin of granular ratcheting
循环载荷下的晶粒组件的数值模拟表现出“颗粒棘轮效应”：每个循环都会发生小的净变形，导致变形随循环次数线性累积。我们表明，这是由于最常用的粒子-粒子相互作用模型的一个奇怪的属性：即，储存在接触的势能是路径依赖的。存在改变存储能量的闭合路径，即使粒子保持接触并且不滑动。用于计算切向力的替代方法消除了颗粒棘轮效应。
2007-08-10 cond-mat.soft
Quaking in Soft Granular Particles with Speed-dependent Friction: Role of Critical Volume Fraction and Inertia
Institute of Physics, Academia Sinica（中央研究院物理研究所）
研究通过模拟探讨了软颗粒在不同驱动速度下震动的动力学，发现临界体积分数是震动发生的必要条件，而颗粒惯性通常抑制震动，并随驱动速度增加而逐渐消失。
2026-05-11 cond-mat.soft
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
A biaxial apparatus for the study of heterogeneous and intermittent strains in granular materials
我们提出了一个专门设计的实验装置来研究颗粒材料的破坏前兆。将粒状材料样品置于乳胶膜和玻璃板之间。通过对样品施加真空来施加有效围压。在垂直方向上施加位移控制压缩，而试样在平面应变下变形。扩散波光谱可视化设置可以测量玻璃板附近的变形。在描述了这个实验装置的不同部分后，我们提出了一个演示实验，在加载过程中测量非常小的（顺序$10^{-5}$）异质应变。
2013-12-17 cond-mat.soft
Discontinuous rigidity transition associated with shear jamming in granular simulations
我们调查的刚性过渡与剪切堵塞在无摩擦，以及摩擦，磁盘填料在准静态制度和低剪切速率。对于无摩擦圆盘，在准静态剪切作用下的过渡是不连续的，在阻塞过渡处瞬时出现一个跨越刚性团簇的系统。对于摩擦系统，过渡似乎连续有限的剪切速率，但变得尖锐的较低的剪切速率。在准静态极限，它是不连续的，在无摩擦的情况下。因此，我们的研究结果表明，与剪切堵塞的刚性过渡是不连续的，在过去的各向同性堵塞的无摩擦颗粒，因此，在一般的堵塞过渡的统一功能证明。
2023-01-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Towards a general(ized) shear thickening rheology of wet granular materials under small pressure
本文采用离散元法在裂底环形剪切室内研究了干、湿颗粒材料在稳态准静态条件下的流变特性，重点研究了宏观摩擦力。我们的研究目的是了解在剪切带中，系统处于临界状态的各个位置处的整体流的局部流变性。一般（化）流变学具有四个无量纲控制参数，其涉及五种重要现象的时间尺度，即，分别与围压$t_p$、剪切速率$t_{\dotγ}$、颗粒刚度$t_k$、重力$t_g$和内聚力$t_c$相关的时间尺度。我们表明，这些现象共同有助于流变学乘法校正功能。虽然$t_{\dotγ}$很大，因此对大多数研究数据不太重要，但它会增加临界状态下的流动摩擦，其中剪切梯度很高。$t_g$和$t_k$与本体中的$t_p$相当，但在自由表面的极端和本体内部深处分别相对于$t_p$或多或少占优势。我们还测量了强湿内聚力对流动流变学的影响，如通过降低$t_c$来量化的。此外，所提出的流变模型预测以及剪切变稀行为在本体和自由表面附近的剪切变稀发展到剪切增稠的自由表面附近的内聚力增加。
2016-09-10 cond-mat.soft
Experimental validation of nonextensive scaling law in confined granular media
在这封信中，我们解决了一个完整的准静态平面剪切实验的颗粒位移的统计波动，和相应的异常扩散指数，$α$之间的关系。我们实验验证了一个特殊的情况下，所谓的Tsallis-Bukman标度律，$α= 2 / (3 - q)$，其中$q$是通过拟合的概率密度函数（PDF）的测量波动与$q$ -高斯分布，和扩散指数在实验过程中独立测量。应用原始技术，我们能够证明从异常扩散制度的布朗行为作为用于计算实验中的晶粒的位移的应变窗口的长度的函数的过渡。拟合曲线与大量实验数据的一致性表明，随着应变窗口长度的减小，涨落概率密度函数明显加宽，扩散指数值增大，即反常扩散。无论在测量中考虑的应变窗口的大小，我们表明，Tsallis-Bukman标度律仍然有效，这是第一次实验验证这种关系的经典系统在不同的扩散制度。我们还注意到，空间相关性显示出显着的相似性，在流体中的湍流，一个有前途的迹象表明，这种类型的分析可以用来探索的局限颗粒材料的宏观摩擦的起源。
2015-07-28 cond-mat.soft
Micromechanical measurements of local plastic events in granular materials
该研究通过测量纯剪切下光弹颗粒密堆积的T1拓扑重排事件与微观应力，揭示了其与宏观塑性变形的关联及应力长程关联标度，深化了对颗粒材料非晶变形机制的理解。
2023-05-05 cond-mat.soft
Collective rheology in quasi static shear flow of granular media
本文讨论了在准静态颗粒流中，哪些因素决定了应变场的基本问题。结果表明，用应力-应变率关系来理解准静态流变学是不恰当的。另一种方法进行了讨论，其中的局部变形被认为是在附近的变形的原因。我们提出了一个连续介质模型，其中局部剪应变与其拉普拉斯算子成正比，比例因子由局部应力决定。预测的行为进行了测试，在一个三维剪切细胞通过计算机模拟。我们设置的简单性使得它非常适合演示和研究集体粒度流的基本开放问题。所观察到的剪切剖面解释的框架内建议的模型。
2010-09-20 cond-mat.soft
Continuum modeling of mechanically-induced creep in dense granular materials
最近，一种新的非局部颗粒流变学被成功地用于预测稳定的颗粒流，包括粒度依赖的剪切功能，在各种各样的流动配置，包括所有的变化的分裂底细胞。颗粒流中的一个相关问题是机械诱导蠕变，其中颗粒介质的一个区域中的剪切变形使其整体流化，包括远离剪切区的区域，有效地消除了各处的屈服条件。这使得当通过诸如圆柱形或球形探针的侵入物在名义上静止的区域中施加力时能够蠕变变形。我们表明，非局部流动性模型是能够捕捉这种现象。具体而言，我们探讨蠕变的一个圆形入侵者在一个二维的环形Couette细胞，并表明该模型捕捉到实验中观察到的所有显着特征，包括速率独立的性质蠕变足够慢的驱动速率和快于线性增加的蠕变速度与施加到入侵者的力。
2014-08-18 cond-mat.soft
Shear-induced mixing of granular materials featuring broad granule size distributions
采用离散元方法研究了剪切诱导混合过程中的颗粒流动。我们的目的是要了解的基本机制的过渡从未混合到混合相的颗粒状材料具有广泛的颗粒分布，我们系统地研究通过改变应变速率和系统的大小。在这里，应变速率变化超过四个数量级，系统尺寸从一万到一百多万个颗粒不等。从准静态到纯惯性流的应变率相关的过渡观察。在宏观尺度上，接触应力下降，由于剪切诱导的不稳定性，作为一个发病的颗粒流和启动颗粒之间的混合的形成。应力降显示出深刻的系统尺寸依赖性。在颗粒尺度上，混合动力学与剪切带的形成相关，这导致混合的时间尺度显著不同，特别是对于那些靠近系统壁和本体的区域。总的来说，我们的研究结果表明，虽然瞬态动力学显示一个通用的行为，这些有一个显着的有限尺寸效应。相比之下，宏观行为在稳定状态下，可以忽略不计的系统尺寸的依赖性。
2022-02-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Plasticity and dynamical heterogeneity in driven glassy materials
许多非晶玻璃材料表现出复杂的时空力学响应和流变特性，其特征在于间歇的应力-应变响应和波动的速度分布。在准静态和非热变形协议，这种不均匀的塑性流动被证明是由各种大小的塑性事件。本文通过对二维LJ非晶态固体的数值研究，将玻璃材料非均匀动力学的研究推广到有限剪切速率和有限温度的情况。通过使用分子动力学得到的全球力学响应收敛到准静态极限得到的能量最小化协议。对不同剪切速率下的塑性形变的详细分析表明，玻璃遵循不同的流动状态。在足够低的剪切速率下，机械响应达到剪切速率独立的状态，其表现出准静态响应的所有特征（有限尺寸效应、屈服应力.）。在中等剪切速率下，流变性能由外部施加的剪切速率决定。最后，在较高的剪切系统达到剪切速率无关的均匀制度。通过对原子运动的详细分析，也证实了这三种机制的存在。四点关联函数的计算表明，从剪切速率为主的准静态政权的过渡是伴随着一个动态的协同长度尺度$ξ$，示出发散与剪切速率的增长。这种分歧相比，一个简单的模型，假设扩散传播的塑性事件的预测。
2010-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Measurement of higher-order stress-strain effects in granular materials undergoing non-uniform deformation
离散元（DEM）模拟表明，粒状材料是非简单的，这意味着增量刚度的粒状组件取决于应变增量的梯度以及应变增量本身。在准静态模拟中，二维颗粒集合体的刚性时，施加的变形是不均匀的比均匀变形。颗粒之间的接触被建模为没有接触力矩的线性摩擦接触。结果被解释的上下文中的高阶微极性连续，它承认的可能性，高阶应力和偶应力。虽然行为是不简单的，没有证据表明，一对应力或相关的刚度。实验结果始终适用于三种颗粒形状（圆形，椭圆形，和非凸簇形状），三种尺寸（范围从250到4000个颗粒）的组件，并在峰前和峰后应变。
2018-07-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
From shear bands to earthquakes in a model granular material with contact aging
本研究通过含接触老化效应的颗粒材料分子动力学模拟，揭示了回滞流动曲线关联高应变速率均匀变形、中速率剪切带局域变形与低速率地震粘滑行为的统一机制。
2023-10-07 cond-mat.soft
Quantitative understanding of the onset of dense granular flows
尽管有许多工业和地球物理应用，但致密颗粒材料在应力下何时以及如何开始流动的问题在很大程度上仍未解决。我们开发和测试一个简单的方程的准静态流动的颗粒状材料，这是基于颗粒填料的摩擦老化的发病。其结果是一个非单调的应力-应变关系-类似于经典的摩擦-是独立的剪切速率。这种关系足以理解老化颗粒介质的阈下变形及其固液相变。我们的研究结果还阐明了（流）的机械性能的历史依赖性，以及对初始制备的颗粒介质的敏感性。
2022-09-12 cond-mat.soft
Effect of the granular material on the maximum holding force of a granular gripper
颗粒夹持器是一种利用颗粒夹持现象来夹持物体的装置。允许包含颗粒样品的膜围绕待保持的物体变形，然后使用真空将颗粒材料堵塞在膜内。这允许保持物体抵抗外力，因为通过不允许系统增加其体积来防止颗粒材料的变形。夹持器支持的最大夹持力取决于许多变量。在这项工作中，我们表明，在政权的摩擦举行（其中夹持器不与对象互锁），最大保持力不依赖于用于填充膜的颗粒材料。如果将最大夹持力与所达到的穿透深度作图，则各种颗粒材料的结果可以折叠成一条曲线。结果表明，在选择一个特定的颗粒材料的最重要的特点是它的变形能力，以确保在抓取过程的初始阶段容易流动。
2020-10-28 cond-mat.soft physics.app-ph
Deformation Measures for Granular Materials
本文基于 Satake 空隙单元方法推广 Bagi 的表示，提出二维颗粒材料变形的细观力学度量，并通过离散元模拟揭示低应变下的非均匀变形与转动微带。
2024-12-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The intertwined roles of particle shape and surface roughness in controlling the shear strength of a granular material
单个颗粒的形状和它们的表面性质都有助于颗粒材料在剪切下的强度。在这里，我们展示了这两个方面可以交织在一起的程度。在对3D打印的凸透镜形状颗粒组装的实验中，我们测量了重复压缩载荷下的应力-应变响应，发现与其他颗粒形状相比，聚集体的剪切强度迅速下降。我们用X射线计算机断层成像和高分辨率表面计量学的$μ$ m尺度探测颗粒材料，以寻找退化的原因。我们发现，由于累积变形的磨损平滑的镜头表面在一个受控的和系统的方式，相关的组件作为一个整体观察到的剪切强度的显着损失。透镜对表面特性变化的敏感性与3D打印四面体和球体组件的结果形成对比，在相同的负载循环下，发现其强度仅略有下降。该案例研究提供了深入了解颗粒形状，表面磨损和整体材料响应之间的关系，并提出了新的策略，当设计一种颗粒状材料时，在反复变形下具有所需的性能演变。
2019-06-24 cond-mat.soft
Building granular structures with elasto-active systems
Princeton University（普林斯顿大学）；KU Leuven（荷语鲁汶大学）
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
Onset and impact of plastic deformation in granular compaction
本文通过粘结粒子模型模拟研究颗粒高压压实中塑性变形的作用，发现不同塑性起始应变下的压力变化数据可塌缩，表明简单数学描述可刻画塑性对压实的影响。
2024-10-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Slip avalanches in metallic glasses and granular matter reveal universal dynamics
材料变形的普适性是非常有趣的：如果存在普适的标度关系，它将以一种与材料无关的方式弥合从微观变形到宏观响应的差距。虽然变形纳米柱，大块金属玻璃和颗粒材料的力统计与平均场预测最近的协议支持普遍的标度关系的想法，在这里，我们第一次证明，普遍性超出了统计，并适用于滑移动力学。通过严格比较两个非常不同的系统，大块金属玻璃和粒状材料的统计和动力学的力量波动，我们清楚地建立了一个材料独立的普遍制度的变形。我们通过实验验证了预测的普遍尺度函数的时间演化的个人雪崩，并表明，无论是滑移统计和动力学是普遍的，即独立的尺度和细节的材料结构和相互作用。这些结果是重要的跨尺度和材料结构的实验结果在一个单一的变形理论。
2016-05-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Shear zone refraction and deflection in layered granular materials
对层状散粒体中剪切带的折射和偏转进行了实验和数值研究。我们表明，（i）根据最近的理论预测[T。Unger，Phys. Rev. Lett. 98，018301（2007）]剪切带在层状系统中类似于光折射地起作用，（ii）带折射遵守从几何光学已知的斯涅耳定律，以及（iii）在自然压力条件下（即在存在重力的情况下），该带也可以通过界面偏转，从而避免高摩擦材料的变形。
2009-12-09 cond-mat.soft
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
Fluid-driven deformation of a soft granular material
压缩一个多孔的、充满液体的材料将把间隙液从孔隙中挤出，就像从厨房海绵中挤出水一样。然而，将流体注入多孔材料中会使固体结构变形，如在压裂页岩以回收天然气时。这些孔隙力学相互作用在地质和生物系统中发挥着重要作用，从岩浆通过地幔的传播到流体通过活细胞和组织的运输。孔隙弹性理论在模拟相对简单系统的孔隙力学行为方面已经取得了很大的成功，但是这种连续介质理论从根本上受到我们对流体和固体之间孔隙尺度相互作用的理解的限制，并且这些问题在实验室环境中很难研究。在这里，我们提出了一个高分辨率的测量注入驱动的孔隙力学变形的系统与颗粒微观结构：我们注入流体到一个致密的，封闭的单层软颗粒，并使用粒子跟踪揭示多尺度变形场的动态。我们发现，基于多孔弹性理论的连续介质模型捕捉某些宏观特征的变形，但颗粒尺度的变形场表现出戏剧性的偏离光滑，连续的行为。我们观察到颗粒尺度的重排和滞后，以及花瓣状的介观结构，通过螺旋剪切带连接到材料故障。
2015-02-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
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
Contact rolling and deformation in granular media
本文考虑在不同尺度的旋转颗粒材料：单个颗粒的旋转，滚动和刚性旋转的颗粒对，旋转的相互作用的一个粒子在其集群的邻居，和旋转的材料区域。二维和三维（2D和3D）组件的数值，离散元方法（DEM）模拟表明，颗粒旋转是不同的，它们随着应变增加，直到材料开始软化，它们在空间模式中表示，即使在小应变。一对粒子的相互作用是三种模式的组合：接触变形模式、接触滚动模式和刚性对运动模式。每种模式的定义，包括四个不同的定义接触滚动。还定义了滚动卷曲，其描述了相邻颗粒围绕中心颗粒或子区域的累积滚动。在更大的尺度上，材料的变形和旋转是在材料的小的子区域内测量的，并且材料变形可以归因于接触滚动、接触变形和颗粒对的刚性旋转的单独贡献。在二维和三维模拟中测量了接触轧制的多样性和延伸。观察到一个占主导地位的滚动模式，这类似于滚动齿轮的相互作用。该图案可以延伸到距中心颗粒至少六个颗粒直径的距离。
2019-01-01 cond-mat.other cond-mat.soft
Spanning the Scales of Granular Materials: Microscopic Force Imaging
如果你走在沙滩上，它会支撑你的体重。沙子中颗粒之间的无序力量是如何组织起来的，以防止你下沉？这个简单的问题在实验上很难回答：测量深埋晶粒之间的三维力是一项挑战。我们在这里描述的实验中，我们已经成功地测量内的颗粒填料受到控制变形的力量。我们通过平均、平均场计算将测量的微观尺度力与宏观尺度包装力响应联系起来。该计算解释了填料结构和接触变形的组合如何产生填料的意外机械响应，并揭示了令人惊讶的微观颗粒变形增强机制。
2014-08-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Microstructure evolution of compressible granular systems under large deformations
我们报告的三维粒子力学静态计算，预测的微观结构演变过程中模压弹性球形颗粒的相对密度接近一。我们采用了一个非局部接触配方，保持预测在高水平的限制，通过删除经典的假设，粒子之间的接触制定本地作为独立的对相互作用。该方法表明，配位数取决于可压缩性的水平，即，粒子的泊松比。结果还表明，颗粒之间和颗粒与壁之间的接触力的分布，虽然类似的堵塞开始，是非常不同的，在充分压实。颗粒壁力与文献中报道的实验测量结果非常一致，为桥接实验边界观测与批量行为提供了一个统一的框架。
2016-02-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Unilateral interactions in granular packings: A model for the anisotropy modulus
由于准静态剪切变形过程中接触的打开和关闭，颗粒间的单向相互作用对颗粒材料的弹性响应产生影响。提出了一个简化模型，可以推导出本构关系。对于双轴变形，该模型中的弹性行为涉及三个独立的弹性模量：体积模量、剪切模量和各向异性模量。体积和剪切模量，当按接触密度缩放时，与变形无关。然而，各向异性模量的大小与剪切应变和体积应变之间的比率成比例。足够远的干扰过渡，当由于非仿射运动的校正变得很弱，理论预测定性与仿真结果一致。
2012-05-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A nonlocal contact formulation for confined granular systems
我们提出了一个非局部的接触力学，占变形的相互作用，由于多个接触力作用在一个单一的粒子。分析配方考虑了非局部介观变形特性的约束颗粒系统的影响，因此，删除了经典的独立接触的限制。这与传统的接触力学理论形成鲜明对比，传统的接触力学理论是严格局部的，并且假设接触是独立的，而不管粒子的约束如何。为了明确起见，我们把注意力限制在没有引力、附着力或摩擦力的弹性球体上。因此，非局部公式的一个显著特征是，当忽略非局部效应时，它简化为赫兹理论。此外，我们表明，根据上述假设和适度的宏观变形，预测的非局部接触配方是在显着的协议与详细的有限元模拟和实验观察，并在很大的分歧与赫兹理论的预测-支持的假设，独立的接触只适用于小变形。通过对周期性均匀系统和无序非均匀系统的研究，证明了本文提出的扩展理论与赫兹理论之间的差异。
2011-10-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Structural and Topological Nature of Plasticity in Sheared Granular Materials
在机械加载时，粒状材料屈服并经历塑性形变。塑性形变的本质对于建立宏观本构模型和理解剪切带的形成是必不可少的。然而，我们仍然没有完全理解无序颗粒材料中塑性形变的微观本质。本文利用同步辐射X射线层析成像技术跟踪了剪切作用下三维颗粒材料的结构演化。我们建立了高度扭曲的共面四面体的结构缺陷负责微观塑性无序颗粒填料。基本塑性事件通过翻转事件发生，翻转事件对应于这些共面四面体之间的邻居切换过程（或等效为4环向错的旋转运动）。这些事件在空间上是离散的，并具有与主应力方向的特定取向。
2018-06-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Micro-slips inside a granular shear band as nano-earthquakes
我们实验研究沿剪切断层自然出现在一个压缩的摩擦粒状介质的变形波动。利用激光干涉测量，我们表明，这种颗粒状断层泥内的变形发生作为一系列的本地化的微滑分布沿故障。释放地震矩的相关分布、应变波动的记忆效应以及连续事件之间的时间相关性完全遵循天然地震的经验规律。使用最初在地震学和社会科学中开发的方法，我们首次在实验室规模上揭示了潜在的因果结构。这表明，滑移动力学的时空相关性有效地出现从更基本的触发内核。自然断层和我们实验上可控的粒状剪切带之间的这种形式上的类比为更好地理解地震物理开辟了道路。特别是，在不同的施加变形速率下进行的比较实验，我们表明，应变，而不是时间，是正确的参数控制的记忆效应在我们的故障模拟的动态。这就提出了一个基本问题，即在自然地震活动的时空相关性出现时，断层泥内应变相关的结构重排与真正随时间变化的热激活过程的相对作用。
2020-07-06 cond-mat.soft physics.geo-ph
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
