Tetris Model for Granular Drag
受最近物体垂直通过玻璃珠床的实验的启发，提出了一个研究颗粒阻力的简单模型。该模型由倾斜的二维晶格上的二聚体组成，通过该晶格，物体被非常缓慢地拖动以在移动之间获得完全放松。这样的方法避免了由于更现实的非晶格模型中的静摩擦而导致的复杂性，并且提供了大系统尺寸下的快速仿真。模拟了各种直径的物体在格子中的向上运动，发现与实验结果非常相似。
2005-10-16 cond-mat.soft
Drag induced lift in granular media
实验室实验和数值模拟表明，淹没入侵者水平拖动在恒定速度的颗粒介质中经历的升力，其符号和大小取决于入侵者的形状。将不同倾角的平板上的应力与相同方向区域的入侵者上的局部表面应力进行比较，表明入侵者升力可以很好地近似为平板单元的贡献之和。板应力是从板附近流动介质的力平衡推导出来的。
2011-08-09 cond-mat.soft
Drag of an elliptic intruder in a two-dimensional granular environment
数值研究了二维颗粒环境中椭圆入侵者的阻力。平行于入侵者主轴的运动被发现是不稳定的。阻力定律由屈服力和动力项之和给出，动力项由简单碰撞模型近似再现。对于足够大的阻力，入侵者周围的流场很好地拟合从理想流体获得的流线。当入侵者的运动与周围粒子的相互作用平衡时，入侵者周围的应力场也被研究。当已知侵入体表面的应力时，Airy应力函数能很好地再现应力场。
2022-06-15 cond-mat.soft
Geometry-dependent constitutive law for granular slow frictional drag
本文对细杆从颗粒床中缓慢垂直拔出时的摩擦本构关系进行了实验研究。使用一个非常精确的蠕变仪，几何相关的颗粒摩擦本构关系进行了特别检查。在以前的一些工作中，一个无量纲数$I=\dotγD_g/\sqrt{p/ρ_g}$已被用来表征颗粒摩擦本构关系，其中$\dotγ$，$D_g$，$p$，和$ρ_g$分别是剪切应变率，粒径，围压，颗粒床的体积密度。认为$I$所表达的颗粒摩擦本构关系在密相流区具有普适性（几乎与几何无关）。然而，在这项研究中，我们发现，系统的几何形状是更关键的颗粒摩擦在一个非常缓慢的撤回制度的特点。具体地说，杆与颗粒直径之间的比率必须是描述颗粒摩擦本构关系的一个重要参数。在颗粒力学行为与颗粒接触数相关的基础上，讨论了几何相关本构关系的物理意义。
2016-11-12 cond-mat.soft
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
Characterization of the Drag Force in an Air-Moderated Granular Bed
我们测量的扭矩作用在一个垂直于其轴旋转的杆在颗粒床，通过气体的上升流是用来调整颗粒之间的流体静力学负荷。在低转速下的扭矩是独立的速度，但规模二次与杆的长度和深度的线性比例接近零线性上升的气体增加到一个临界值以上的谷物流化。在高旋转速率下，扭矩表现出二次速率依赖性，并且随着杆的长度的4次方而缩放。在这些较高的速率下，扭矩与深度或气流无关。一个模型用来描述所经历的弹丸撞击颗粒床的停止力可以被证明是预测这些行为，我们的系统的几何形状，表明相同的力学决定在颗粒系统中的稳态和瞬态阻力，无论几何形状或材料特性的颗粒。
2009-12-14 cond-mat.soft
Granular Impact: A Grain-scale Approach
本文总结了二维颗粒碰撞的一系列研究，即侵入物体高速撞击颗粒材料。许多以前的研究颗粒碰撞使用的宏观力的法律，这是占主导地位的惯性阻力项成比例的入侵速度的平方。这里的主要焦点是颗粒材料的微观力响应，以及颗粒尺度效应如何产生这种惯性阻力项。我们表明，惯性阻力产生的间歇性碰撞力链状结构。我们建立了一个简单的碰撞模型来解释惯性阻力，以及离轴不稳定性和旋转。最后，我们展示了如何颗粒响应的变化时，入侵者的速度接近$d/t_c$，导致失败的惯性阻力描述在这个政权。这里，$d$是平均粒径，而$t_c$是两个颗粒之间的特征动量转移时间。
2016-11-02 cond-mat.soft
Lift and drag forces on an inclined plow moving over a granular surface
通过实验和数值模拟研究了斜板在颗粒介质表面受拖曳时所受的拖曳力和升力。特别地，我们研究了板的水平速度和其攻角的影响。我们表明，一个稳定的楔形颗粒移动在犁的前面，并且升力和阻力是成比例的重量，这个楔形。这些比例常数随攻角而变化，但不随速度变化（或变化很小）。我们发现了一个普遍的有效摩擦定律，该定律解释了对所有上述参数的依赖性。数值模拟计算了楔体的应力场和速度场，结果表明楔体下存在剪切带，且压力为非静水压力。最强的应力和剪切梯度发生在犁体底部，因此在那里耗散率最高。
2011-07-27 cond-mat.soft
Drag of Two Cylindrical Intruders in a Two-Dimensional Granular Environment
采用离散元方法对二维颗粒环境中两圆柱体的阻力进行了数值研究。我们发现屈服力，低于该力，入侵者不能移动，因为与周围粒子的相互作用。另一方面，在屈服力以上，入侵者可以以恒定的速度移动。我们调查的阻力和入侵者的稳定速度之间的关系，其中的速度变得更高的入侵者之间的距离减小。通过改变摩擦系数的大小，我们证实了屈服的来源是颗粒与底板之间的库仑摩擦。我们还发现屈服力几乎与摩擦系数成正比，这意味着决定屈服力的颗粒数几乎是常数。另一方面，二维弹性力学可用于确定侵入体周围的应力场。我们确认，关于拖动方向不对称的字段被复制通过使用的入侵者的表面上的应力的信息，通过引入双极坐标。
2022-03-24 cond-mat.soft
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
Rapid granular flows on a rough incline: phase diagram, gas transition, and effects of air drag
我们报告的实验上的整体相图的颗粒流的倾斜，重点是高倾角的平均层速度接近终极速度的单个颗粒在空气中自由下落。颗粒流的特征在于通过测量的表面速度，平均层高度，和层的平均密度作为函数的料斗开口，平面倾斜角和下游距离x的流。在大倾角时，流动在整个斜面长度上不会达到x不变的稳定状态。对于低体积流率，检测到密集和非常稀（气体）的流动状态之间的过渡。我们表明，使用真空流动通道，空气没有定性地改变相图，并没有定量地修改颗粒层的平均流速，除了在非常稀的气体相的小的变化。
2006-11-16 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
Geometry-controlled Onset of Inertial Drag in Granular Impact
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）
本研究通过实验发现圆锥几何形状影响颗粒冲击中惯性阻力的起始速度及强度
2025-12-28 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
Impact drag force exerting on a projectile penetrating into a hierarchical granular bed
固体物体对小物体表面的撞击可以通过固体对分级结构的颗粒目标的撞击来建模。在实验的基础上，建立了分层结构颗粒靶的撞击阻力模型。我们进行了一组颗粒冲击实验，其中机械强度和孔隙率的目标颗粒系统地变化。微小的玻璃珠（直径为$5$ ~ $μ$ m）聚集形成直径为$2$ ~ $4$ ~mm的多孔颗粒。然后，烧结颗粒以控制其强度。将聚乙烯球（直径为$12.7$ ~mm）滴到由这些多孔颗粒组成的分级粒状靶上。穿透球的运动被高速摄像机捕获并分析。我们发现，由分层结构的颗粒目标产生的冲击阻力可以由惯性阻力和深度比例阻力的总和来模拟。分层颗粒碰撞中的深度比例阻力远大于通常由刚性颗粒组成的颗粒靶。药柱强度与冲击动压之比是表征这种超大深度比例阻力的关键无量纲参数。当冲击动压足够大时，冲击动力学过程中，颗粒破裂起着重要作用。这意味着，对于小物体的撞击，也应该考虑颗粒破裂的影响。也许，表面颗粒的有效强度可以根据行星探测器的侵入或着陆的运动学观测来估计。
2022-06-23 astro-ph.EP cond-mat.soft
Role of shape on the forces on an intruder moving through a dense granular medium
我们使用数值模拟来研究入侵者的形状对阻力和升力的影响，它在移动通过由平均直径为d的多分散盘组成的颗粒介质时经历了阻力和升力。侵入速度v从0.1 \sqrt（dg）到20 \sqrt（dg）不等。对于无摩擦颗粒（μ= 0.0），阻力随v的增加而逐渐增加，而对于有摩擦的颗粒（μ= 0.1，0.5），在低速时出现恒定的阻力区。只要横截面相同，拖曳力对物体形状的依赖性很弱。拖曳力线性地依赖于浸没深度，而对于某些形状，升力随深度的变化非常小。在给定的速度下，物体所经历的升力是其形状的强函数。形状对入侵者表面周围的接触分布有影响，这可能导致某些形状的强升力。我们还展示了入侵者表面周围的力分布。
2020-11-25 cond-mat.soft
Nature of granular drag in microgravity
Duke Kunshan University（杜克昆山大学）；Westlake University（西湖大学）；Universität Bayreuth（拜罗伊特大学）；University of Navarra（纳瓦拉大学）
研究微重力环境下颗粒阻力的本质，发现其阻力系数在微重力条件下保持恒定，而在有重力时出现额外项。
2026-03-03 cond-mat.soft physics.space-ph
Drag acting on an intruder in a three-dimensional granular environment
对三维无摩擦干颗粒环境中入侵体所受的阻力进行了数值研究。结果表明：（1）在没有引力的情况下，入侵者的运动不存在屈服力。(ii)阻力与运动入侵者的截面成正比。(iii)如果入侵者大于周围的颗粒，阻力是成比例的移动速度$V$的入侵者的稠密系统，但它表现出一个交叉从二次线性依赖的移动速度时，周围的颗粒的体积分数是远远低于堵塞点。(iv)如果侵入颗粒的尺寸与环境颗粒的尺寸相同，并且体积分数接近堵塞点，则存在阻力几乎与$V$无关的平台区。
2019-11-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Slow Drag in 2D Granular Media
我们研究的阻力所经历的物体缓慢地以恒定的速度通过一个二维颗粒状材料组成的双分散磁盘。拖曳力主要由系统主体的力链结构控制，因此表现出强烈的波动。我们考虑了三个重要的控制参数的系统的效果：包装分数，拖动速度和示踪剂颗粒的大小。我们发现，平均阻力增加作为一个幂律（指数为1.5）在减少包装分数，$(γ- γ_c)/γ_c$，$γ$通过一个关键的包装分数，$γ_c$。相比之下，平均阻力增长缓慢（基本上是对数）与阻力速度，表现出弱的速率依赖性。然而，该系统仍然表现出很强的统计不变性，在这个意义上，许多物理量崩溃到一个单一的曲线在适当的缩放。我们还表明，该系统可以理解使用简单的故障模型，重现许多实验观察。这些实验数据和模拟表明，阻力的波动似乎与系统中力链的形成和断裂有关。此外，我们的模拟表明，对数增加的平均阻力率可以解释，如果缓慢松弛的力链网络。
2004-06-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Intrusion into granular media beyond the quasi-static regime
施加在侵入颗粒介质的物体上的拖曳力可以取决于物体的速度以及穿透的深度。我们报告的入侵实验在恒定的速度超过四个数量级连同系统的分子动力学模拟远远超出了准静态政权。我们发现，在初始碰撞后的一个特征时间，速度依赖性跨越到深度依赖性。这种交叉的时间尺度，这取决于渗透速度，深度，重力和入侵者的几何形状，挑战目前的模型，假设添加剂的阻力的贡献。
2019-10-23 cond-mat.soft
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
Kinetic Theory and Memory Effects of Homogeneous Inelastic Granular Gases under Nonlinear Drag
我们研究了一个稀颗粒气体浸没在一个热浴中，热浴由质量比颗粒小得多的小颗粒组成。假设颗粒具有非弹性和硬相互作用，在碰撞中损失能量，由恒定的正常恢复系数来解释。与热浴的相互作用是由一个非线性阻力加上白噪声随机力建模。该系统的动力学理论是由Enskog-Fokker-Planck方程描述的单粒子速度分布函数。为了得到温度老化和稳态的明确结果，Maxwell近似和第一Sonine近似。后者考虑了过剩峰度与温度的耦合。理论预测进行了比较，直接模拟蒙特卡罗和事件驱动的分子动力学模拟。虽然很好的结果颗粒温度从麦克斯韦近似，一个更好的协议，特别是作为非弹性和阻力非线性增加，发现当使用第一Sonine近似。此外，后一种近似对于解释记忆效应（如Mpemba和Kovacs效应）至关重要。
2022-10-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Lift and drag in intruders moving through hydrostatic granular media at high speeds
最近，实验表明，入侵者水平拖动通过密集，流体静力学颗粒填料的力主要取决于当地的表面取向，可以看作是施加在小表面元素的力的总和。为了更深入地理解这种力，我们进行了二维软球分子动力学模拟，在类似的设置，入侵者通过50-50双分散颗粒填料，直径为0.30和0.34厘米。我们测量，对于圆形和半圆形，平行（阻力）和垂直（升力）的阻力方向的阻力速度的函数，与V=10.3-309厘米/秒，和入侵者的深度，与D=3.75-37.5厘米。作用在入侵者上的阻力随V和D单调增加，并且在圆上更大。然而，升力并不单调地依赖于V和D，这种关系受入侵者形状的影响。垂直力对于半圆是负的，但对于V和D的小范围，我们测量到正升力。我们没有发现圆上升力的符号变化，它总是正的。的非单调依赖的解释是有关的减少接触的入侵者V的增加。这在性质上类似于超音速气流从障碍物上脱离。分离的图片支持的模拟测量的速度场周围的入侵者和力剖面上测得的表面。
2013-07-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Velocity Distributions of Granular Gases with Drag and with Long-Range Interactions
研究了静电驱动下颗粒气体的速度统计特性。对于两个不同的实验：（i）粘性流体中的非磁性粒子和（ii）空气中的磁性粒子，其速度分布为非麦克斯韦分布，其高能尾为指数分布，P（v）~ exp（- |v|）。这一行为与受驱耗散粒子的动力学理论是一致的。对于浸没在流体中的粒子，粘性阻尼是指数尾的原因，而对于磁性粒子，长程相互作用导致指数尾。我们的结论是，速度统计的耗散气体的流体环境和粒子相互作用的形式是敏感的。
2005-07-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Drag reduction during the side-by-side motion of a pair of intruders in a granular medium
本文通过实验研究颗粒介质中一对球形侵入体并排运动时的阻力变化，发现小间距下平均阻力降低并随深度增强，进而提出基于接触链断裂的阻力降低模型，揭示了沙中固体运动的协作效应。
2024-11-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Granular mixtures modeled as elastic hard spheres subject to a drag force
快速流动条件下的粒状气体混合物通常由具有常法向恢复系数的光滑非弹性硬球的多组分系统模拟。在低密度制度提供了一个适当的框架，由一组耦合的非弹性玻尔兹曼方程。由于非弹性玻尔兹曼碰撞算子的复杂性，在本文中，我们提出了一个更简单的模型的弹性硬球受到的有效阻力的作用，它模仿的耗散存在于原始的粒状气体的效果。应用Chapman-Enskog方法从模型中得到了二元混合物的Navier-Stokes输运系数。与质量通量相关的三个系数与从非弹性Boltzmann方程获得的系数相同，而其余四个输运系数显示出一般良好的一致性，特别是在热导率的情况下。最后，利用非弹性Boltzmann碰撞算子的近似分解，构造了一个粒状混合物的模型动力学方程，作为一个已知的弹性碰撞动力学模型的直接扩展。
2007-04-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Granular Impact Model as an Energy-Depth Relation
速度平方拖曳力通常用于描述物体在粒状材料中的运动。合力定律是一个非线性微分方程，通常通过简化假设获得动力学的封闭形式解。在这里，我们考虑一个广义的版本，这样的力的法律已被用于许多研究的颗粒的影响。我们表明，重铸的力的法律到一个方程的动能与深度，K（z），产生一个线性微分方程，从而一般封闭形式的解决方案的速度与深度。这种方法也有几个优点，在拟合这样的模型的实验数据，我们证明了将其应用到数据从2D的影响实验。我们还提出了新的实验结果，这个模型，包括形状和深度依赖的速度平方阻力。
2013-03-28 cond-mat.soft
Active Microrheology of Driven Granular Particles
当以恒定力$F_{ex}$拉动被驱动颗粒流体中的颗粒时，探针颗粒接近稳态平均速度$v$。该速度和相应的摩擦系数的探头$ζ=F_{ex}/v$内获得的模式耦合理论的示意性模型，并从事件驱动的模拟结果进行比较。对于小的和中等的阻力，该模型成功地描述了模拟结果的线性以及非线性区域：小阻力的线性响应制度（恒定摩擦）其次是剪切稀化（减少摩擦）的中等力。对于大的力量，该模型表明，随后增加的摩擦与数据的定性一致。在[Fiege等人，Granular Matter $\boldsymbol{14}$，247（2012）]通过简单的动力学理论解释。
2013-12-23 cond-mat.soft
The role of initial speed in projectile impacts into light granular media
系统研究了弹丸在不同撞击速度下撞击由发泡聚丙烯（EPP）颗粒组成的轻质颗粒材料的过程。在实验上，入侵者移动的颗粒状材料内的轨迹监测与最近开发的非侵入性微波雷达系统。在数值上，离散元模拟与粗粒化技术，以解决这两个动态的入侵者和响应的颗粒床。我们的实验和数值结果的入侵者动力学相互同意定量和符合现有的唯象模型的颗粒阻力。进一步，我们探索“微观”起源的颗粒阻力通过表征颗粒床的响应，包括密度，速度和动力应力场的平均场水平。此外，我们发现，入侵者后面的空腔崩溃的动力学行为与不同的碰撞速度定性不同。此外，在入侵者的同向运动系统中，入侵者前方的动压呈指数衰减。它的缩放产生了一个特征长度尺度，这是入侵者的大小顺序。这一发现与我们在所有情况下发现的长尺度惯性耗散类型完全一致。
2019-12-01 cond-mat.soft
Segregation models for density-bidisperse granular flows
单个组分平衡方程常被用来推导稠密颗粒混合物流动中的特定种分凝速度的表达式。我们提出了一个半经验表达式的密度双分散颗粒流的物种间动量交换作为从动力学理论的思想的延伸，并将其与以前的粘性阻力的方法，类似于颗粒在流体中沉降。所提出的模型扩大了范围的颗粒动力学理论从短期二元碰撞的多个持久的接触特性的密集剪切流，并纳入颗粒摩擦，浓度比，和当地的流动条件的影响。分离速度来自动量平衡方程，使用两种种间阻力模型匹配的向下和向上的分离速度的重和轻的颗粒从DEM模拟通过流动层的深度为不同的密度比和成分浓度在约束剪切流。预测的动力学理论启发的方法进行比较，另外从自由表面堆流模拟的结果，并再次观察到密切的匹配。
2020-11-18 cond-mat.soft
Drag anisotropy of cylindrical solids in fluid-saturated granular beds
研究了长为$L$、直径为$D$的圆柱形固体入侵体在等深度饱和水颗粒床中运动时的方向相关阻力。分别用直径为$d$的聚苯乙烯和水凝胶颗粒研究了具有高接触摩擦和几乎无摩擦的材料。在垂直于$F_\perp$和平行于其轴的$F_\parallel$方向上测量入侵者上的阻力，作为从准静态到速率相关状态的速度$U$的函数。我们发现，在两种介质中，拖曳各向异性$ξ= F_\perp/F_\parallel$不是恒定的，并且随驱动速率和$L/D$显著增加。特别是对于$L/D = 40$，当无量纲弗劳德数$Fr =U/\sqrt{g(D+d)}$在$10^{-4}$和$2 \times 10^{-2}$之间变化时，在高摩擦床和低摩擦床中$ξ$分别从2.6增加到4.5和从7.0增加到8.2。平均而言，观察到$ξ$与$L/D$（对于$L/D \gg 1$）呈线性增加。利用水凝胶颗粒在水中的指数匹配的性质，我们进一步表明，在两个方向上的圆柱体周围的沉积物流是一致的表面摩擦为主的阻力。$ξ$上的圆柱形侧和圆形平端的相对贡献估计与薄盘，以了解所观察到的阻力与纵横比和表面摩擦的变化。
2021-11-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.geo-ph
Force and flow transition in plowed granular media
我们使用平板阻力来研究颗粒介质对局部强迫的响应，作为体积分数的函数，$ϕ$。力和流动的分叉发生在粘性开始时，$ϕ_c.$。在$ϕ_c$以下，观察到阻力的快速波动，$F_D,$。$F_D$中高于$ϕ_c$的波动是周期性的，并且随着$ϕ$而增加。速度场测量表明，$F_D$中的分叉是由于在$ϕ_c$上方形成稳定的剪切带，这些剪切带在阻力过程中周期性地产生和破坏。基于摩擦的模型捕获$ϕ>ϕ_c$的动态。
2010-09-01 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.geo-ph
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
Effective drag of a rod in fluid-saturated granular beds
我们测量阻力所遇到的垂直定向杆移动穿过沉积颗粒床浸没在稳态条件下的流体。在低杆速度下，由于浮力，流体的存在导致较低的阻力，而随着速度的增加观察到显著较高的阻力。观察到阻力作为深度的函数从低速时的二次曲线减小到高速时的线性曲线。通过将阻力与作用在杆上的颗粒的平均重量成比例，我们获得了在六个数量级的速度上遇到的有效摩擦$μ_e$。当颗粒尺寸、杆深和流体粘度在低速下变化时，发现恒定的$μ_e$，而当速度增加时，观察到系统的增加。我们用惯性数$I$和粘性数$J$来分析$μ_e$，以分别理解惯性力和粘性力的相对重要性。对于足够大的流体粘度，我们发现，不同的速度，深度和粘度的影响可以描述的经验函数$μ_e = μ_o + k J^n$，其中$μ_o$是在准静态极限测量的有效摩擦，和$k$和$n$是材料常数。然后根据有效粘度$η_e$分析阻力，发现阻力作为$J$的函数系统性降低。我们进一步表明，$η_e$作为$J$的函数与流体粘度和杆所遇到的$μ_e$成正比。
2019-06-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.geo-ph
Dense granular flow around a penetrating object: Experiments and hydrodynamic model
在这封信中，我们提出了实验结果的二维流场周围的圆柱体穿透到致密的颗粒物质与阻力测量。基于扩展动力学理论的稠密颗粒流的流体动力学模型再现了靠近圆柱体的流动局部化和相应的拖曳力的缩放，发现其不依赖于速度，而是线性地依赖于压力和圆柱体直径，并且弱于晶粒尺寸。这种制度被认为是有效的，在一个足够低的“颗粒”雷诺数。
2011-06-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Ability of a pore network model to predict fluid flow and drag in saturated granular materials
局部流场和渗流诱导阻力从孔隙网络模型（PNM）相比，浸没边界法（IBM）模拟，线性梯度和双峰样品的范围。PNM使用加权Delaunay Tessellation（DT）以及考虑四面体Delaunay单元合并的修改的Delaunay Tessellation（MDT）生成。在所有线性梯度和双峰样品中，局部压力场被非常准确地捕获。局部通量（流速）表现出更多的分散，但基于MDT的PNM显然提供了更好的相关性与IBM。有密切的相似性，从PNM和IBM获得的网络最短路径，表明PNM捕获占主导地位的流动通道。此外，通过将PNM叠加在流线型剖面上，证明了局部压降与孔隙收缩一致。通过与有序球阵列的解析解进行比较，对PNM计算的阻力进行了严格的验证。随后将该方法应用于所有线性分级和双峰样品，并将计算的力与IBM数据进行比较。线性分级样品能够以合理的精度计算力，而双峰样品表现出稍微更多的分散。
2022-01-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Gas-Mediated Impact Dynamics in Fine-Grained Granular Materials
非粘性颗粒介质对突然冲击表现出复杂的响应，通常不同于普通的固体和液体。我们研究如何介导这种反应的存在下的间隙气体之间的晶粒。使用高速X射线照相术，我们跟踪通过一个细，松散的粒状材料床内部的钢球的运动。我们发现了一个交叉，从几乎不可压缩的，在大气压力下的流体状行为，一个高度可压缩的，耗散的响应，一旦大部分的气体被抽空。我们讨论了这些结果在最近提出的颗粒介质中的阻力。
2007-07-17 cond-mat.soft
Journey of an intruder through the fluidisation and jamming transitions of a dense granular media
我们实验研究的运动的入侵者拖到一个无定形单层的水平振动的颗粒在高包装分数。该运动表现出两个转变。第一个转变将相对低的填充率和大的拖曳力下的连续运动状态与高填充率和低拖曳力下的间歇运动状态分开。与这些不同的运动，我们观察到从线性流变学的一个更硬的响应的过渡。因此，我们把这第一个过渡称为“流化”。第二个过渡观察到的间歇性制度内，当入侵者的运动是由间歇性的突发分开长时间的等待时间。我们观察到一个峰值的相对波动的入侵者的位移和一个临界缩放的突发幅度分布。这种转变发生在以前的研究中表征的堵塞点，并定义为静压（即在没有振动的情况下测量的压力）消失的点。调查周围的晶粒的运动，我们表明，以下的fludenation过渡，有一个永久的自由体积后面的入侵者。这种转变的标志是由周围的入侵者，从流动制度中的紧凑的聚集体，以远程分支的形状在间歇性制度的演变重组模式的演变，这表明应力波动的作用越来越大。值得注意的是，这些重组模式的动能的分布也表现出一个关键的缩放在堵塞过渡。
2009-09-25 cond-mat.soft
Compaction and mobility in randomly agitated granular assemblies
研究了密实颗粒材料在弱随机振动作用下的压实和流度特性。通过将毫米玻璃珠与压电换能器直接接触，我们设法以无序的方式向系统注入能量，加速度远小于重力，导致缓慢的压实动力学和无对流。我们的特点的流动性内的介质通过它拉一个入侵者的粮食以恒定的速度。我们提出了一个广泛的研究阻力和速度之间的关系为不同的振动条件和入侵者的大小。
2005-04-25 cond-mat.soft
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
Collisional Model of Energy Dissipation in 3D Granular Impact
我们研究的动态过程中发生的颗粒组装时，由一个固体冲击器。从撞击物到目标的动量转移示出发生通过零星的，正常的高力携带颗粒在入侵者表面的碰撞。因此，我们描述了通过碰撞为基础的模型的影响的停止力。为了验证模型的影响实验中，我们确定的力量作用于入侵者减速通过一个致密的粒状介质，使用高速成像其轨迹。通过改变入侵者的形状和颗粒目标，入侵者-颗粒相互作用推断的后续路径。因此，我们连接到入侵者的形状和颗粒密度的影响的基础上提出的碰撞模型的阻力。
2016-10-28 cond-mat.soft
Effects of reduced gravity on the granular fluid-solid transition: underexplored forces can dominate soft matter behaviors
本文以白皮书形式探讨减重力环境下颗粒系统流体-固体转变中的未充分探索力，揭示其对软物质行为的主导作用，并阐述其对基础科学和太空探索的意义。
2023-07-07 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
Efficacy of simple continuum models for diverse granular intrusions
颗粒侵入体在自然和人为环境中经常观察到。与典型的固体和流体不同，颗粒介质在各种入侵场景中可以同时显示出流体状和固体状特征。这种多相行为增加了精确建模这些和其他屈服（或可流动）材料的难度。微尺度建模方法，如DEM（离散元法），捕捉这种行为，通过模拟介质在颗粒尺度，但往往有兴趣在宏观尺度表征这样的系统。我们研究了一个宏观尺度的连续体方法在建模和理解物理的各种宏观现象在各种颗粒入侵的情况下，使用两个基本的摩擦屈服本构模型的功效。在四种准二维侵入情况下，我们将预测的颗粒力响应和物质流与实验数据进行了比较：（1）水平淹没侵入运动中与深度相关的力响应，（2）平行板垂直侵入运动中与分离相关的阻力变化，（3）垂直侵入运动中与分离相关的阻力变化。（3）自由表面犁耕中与初始密度有关的阻力脉动，（4）欠压实颗粒介质中垂直板状侵入体流动带的形成。我们的连续体建模方法捕捉流动过程和阻力，同时提供关键的中观和宏观见解。然后将建模结果与实验数据进行比较。我们的研究突出了连续体建模方法如何提供一种有效的建模以及各种颗粒入侵现象的概念理解的替代方案。
2021-07-15 cond-mat.soft physics.app-ph physics.geo-ph
Starting to move through a granular medium
我们探索的过程中，通过测量推动一个平坦的圆板从下面的介质向上所需的力，通过颗粒介质的初始运动。与先前在稳态运动期间进行的拖曳力和穿透力的测量相反，引发力对介质中颗粒的直径具有鲁棒的依赖性。我们将这种依赖性归因于对板的圆周周围的晶粒的局部膨胀的要求，所观察到的初始力对板直径的线性依赖性证明了这一点。
2010-12-10 cond-mat.soft
Contacts, motion and chain-breaking in a two-dimensional granular system displaced by an intruder
我们调查数字如何在一个二维颗粒系统的入侵者的运动影响其结构和产生阻力的入侵者。我们利用离散的数值模拟，其中一个较大的磁盘（入侵者）被驱动在一个矩形单元格中的较小的磁盘之间以恒定的速度。通过改变入侵者的速度和基底摩擦，我们得到了入侵者的合力和瞬时网络的接触力，我们分析在细胞和颗粒尺度。我们发现，有一个轴承网络，从入侵者到墙壁的力量，负责堵塞的地区和高值的阻力，和耗散网络，在晶粒内的小力量，在协议与以前的实验压缩颗粒系统。此外，我们发现的各向异性水平的接触网络的不同的力的大小和区域，该力的网络可以达到远下游的入侵者的入侵者的运动结束的区域，该力的网络的程度随着降低的基底摩擦而降低，并且出现在入侵者下游的空隙区域（腔）往往消失为较低的基底摩擦值。有趣的是，我们的研究结果表明，轴承链内的晶粒蠕变，而链断裂，揭示轴承链崩溃的机制。
2022-03-18 cond-mat.soft
Dynamics of a massive intruder in a homogeneously driven granular fluid
一个大质量的入侵者在均匀驱动的颗粒流体中，在稀的配置，执行一个无记忆的布朗运动与阻力和温度简单地有关的平均密度和温度的流体。在体积分数$\sim 10-50%$的入侵者的速度与当地的流体速度场：这种情况是近似描述的耦合线性朗之万方程相当于一个广义布朗运动与记忆系统。在这里，我们可以验证涨落-耗散关系的破裂，以及从流体到入侵者的净熵通量的存在，其涨落满足涨落关系。
2012-01-09 cond-mat.soft
Statistical equivalence of reduced gravity and enhanced friction in granular packings
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；The Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）；East China Normal University（华东师范大学）；Chengdu University of Technology（成都理工大学）
研究通过X射线断层扫描对比不同重力及摩擦力下颗粒堆积，发现降低重力与增强摩擦力效果类似，二者能使颗粒堆积呈现相同特性，源于机械稳定性约束松弛，重力还保留独特接触尺度特征，为颗粒堆积提供统一统计描述。
2026-07-20 cond-mat.soft
Creep motion of an intruder within a granular glass close to jamming
我们调查实验动力学的入侵者拖动一个恒定的力在组装水平振动谷物接近堵塞。在中等填充分数下，一旦施加力，入侵者就会迅速移动。高于一些阈值的填充分数，这增加了所施加的力，入侵者表现出间歇性的蠕变运动与强烈的波动，让人想起一个噼啪作响的噪声信号。这些波动的行为在一个关键的方式在干扰过渡揭示在以前的研究。过渡分离的入侵者的运动是占主导地位的局部自由体积重排的制度，其中的瞬时位移场是强烈的异质性和类似的力链模式中观察到的致密颗粒填料。
2009-06-15 cond-mat.soft
Granular segregation across flow geometries: a closure model for the particle segregation velocity
本文基于动量平衡与颗粒尺度力建模，提出适用于多种流动几何结构的稠密颗粒偏析速度封闭模型，并通过离散元模拟验证其预测能力。
2025-07-15 cond-mat.soft
Stress - Strain Rate Relation in Plug-Free Flow of Dense Granular Matter
我们推导出宏观应力张量的无塞致密颗粒流，使用第一性原理粗粒化的颗粒间的力量。推导是基于这样的假设，它定义了达芬奇流体模型，即颗粒间的相互作用是由法向接触力和固体摩擦。得到的应力-应变率关系的显式形式，提供封闭的致密颗粒流体的流动方程，并改进现有的模型，这也是基于固体摩擦作为主导的阻力机制。
2018-08-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Non-Newtonian hydrodynamics for a dilute granular suspension under uniform shear flow
本文研究了低密度气固悬浮液中的零热流密度稳态剪切层流流动（通常称为“均匀剪切流”）。固体颗粒被建模为气体的光滑硬球与非弹性碰撞，而周围的间隙流体对颗粒的动力学的影响被建模的体积阻力的装置，在悬浮液的流变模型的上下文中。该模型是通过三个不同的，但互补的路线，其中两个是理论（格拉德矩法适用于相应的玻尔兹曼方程和一个精确的解决方案的动力学模型适用于颗粒悬浮液）和其他计算（蒙特卡罗模拟的玻尔兹曼方程）。与以往的研究颗粒剪切悬浮液，我们包括在我们的格拉德的解决方案中的非线性项的应力张量的碰撞时刻与动量转移。这种理论上的改进使我们能够检测和评估垂直于层流的平面内的法向应力差。此外，动力学模型的精确解给出了速度分布函数的速度矩的显式形式。我们的理论和数值计算结果之间的比较表明，在一般的非牛顿流变特性，峰度（第四速度矩的分布函数）和速度分布的动力学模型相当强的非弹性和不太大的值（缩放）摩擦系数表征粘性阻力的良好协议。这表明我们的分析结果的准确性，使我们能够详细描述的颗粒悬浮液的流动动力学与零热通量在整个文件。
2015-11-10 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
Energy dissipation in high speed impact on granular media
本文研究了高速冲击颗粒介质时的能量耗散机制，发现其主要由力链网络大规模重组探索亚稳态导致，传统阻力模型在此失效，且空间维度显著影响早期峰值力与冲击速度的标度关系。
2023-05-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft physics.geo-ph
