On mixed-mode fracture mechanics models for contact area reduction under shear load in soft materials
在存在宏观粘着力的情况下，如在软物体中，摩擦的基本问题正引起许多实验学家的兴趣。自从Savkoor和Briggs的第一个断裂力学“纯脆性”模型以来，已经提出了用现象学拟合系数解释混合模式韧性的模型，该模型引入了比“纯脆性”模型预期的更弱的模式之间的耦合。我们在这里比较两个这样的先前提出的模型，并介绍了第三个，以表明过渡到滑动是非常敏感的混合模式模型的形式。特别是，对于中等切向载荷，在接触面积随载荷的二次衰减后，可能存在一个拐点和一个渐近极限，或跳跃到赫兹接触面积。我们还发现，在载荷或位移控制下，失稳点是不同的。混合模式函数和参数应该是接口属性的想法可能是错误的。
2018-09-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Inertial Force Transmission in Dense Granular Flows
稠密颗粒流被几种连续介质模型很好地描述，然而，它们的内部动力学仍然难以捉摸。本研究探讨在模拟稳态和均匀剪切流的接触力分布。结果表明，存在高幅度的接触力，在更快的流动与刚性颗粒。一个拟议的物理机制解释了这种速率依赖的力传输。这种分析建立了接触力和颗粒速度之间的关系，提供了一个切入点，统一的范围内的连续模型来自接触力或颗粒速度。
2022-11-17 cond-mat.soft
The hierarchical properties of contact networks in granular packings
研究了密度为0.58 - 0.64的无序堆积单尺寸球体的大样品的颗粒间接触网络（接触网络）的拓扑结构。这种结构的层次组织研究的拓扑地图，从一个给定的球开始，并通过接触网络在同心壳向外移动。我们发现，无序球堆积的拓扑密度大于等价的格点球堆积的拓扑密度。
2005-04-14 cond-mat.soft
Ergodic-nonergodic transition in tapped granular systems: The role of persistent contacts
在过去的三十年里，静态颗粒堆积在修正的平衡统计力学的框架内进行了研究，该框架假定遍历性为基本假设。该框架进行测试的规范的例子包括在一系列的静态配置访问的粒状列进行水龙头。通过分析一个现实的模型的晶粒的响应，我们表明，体积和应力变量访问不同区域的相空间在低抽头强度在不同的实现的实验。我们表明，自来水强度超过采样攻丝成为遍历一致的强制打破所有粒子-粒子接触在每个抽头。这些结果意味着，众所周知的“可逆”分支抽头颗粒柱是有效的，只有在相对较高的抽头强度。
2017-03-09 cond-mat.soft
A device for studying elementary plasticity fluctuations in granular media
本文介绍了一种研究颗粒介质断裂前塑性涨落的装置，通过双轴试验和相干光干涉测量，证实离散塑性事件仅依赖于应变而非应变速率。
2024-03-14 cond-mat.soft
Calibrating a Finite-strain Phase-field Model of Fracture for Bonded Granular Materials with Uncertainty Quantification
University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；University of Texas at Dallas（德克萨斯大学达拉斯分校）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
本文提出了一种基于GPU的高性能有限元方法软件Ratel，用于校准粘结颗粒材料的有限变形相场断裂模型，并探讨了制造温度和初始颗粒配置对材料性能的影响。
2025-08-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.comp-ph
Role of gravity or confining pressure and contact stiffness in granular rheology
研究了颗粒材料在慢准静态和惯性流中的稳态剪切流变特性。重力场和接触刚度的影响，这是传统的平凡化是这项研究的重点。采用离散元法对考虑不同重力场和接触刚度的裂底几何结构中弱摩擦颗粒集合体进行了一系列模拟。虽然传统上惯性数，即，应力与应变率时间尺度的比率描述了流动流变学，我们发现，第二个无量纲数，即柔软度与应力时间尺度的比率，也必须包括在内以表征整体流动行为。对于缓慢的，准静态的流动，密度增加，而宏观摩擦力分别增加颗粒的柔软度和重力降低。这种趋势被添加到$μ(I)$流变学中，并且可以追溯到接触网络中的各向异性，在稳态下显示宏观摩擦和偏置织物之间的线性相关性。有趣的是，当外旋速率增加时，对于给定的重力场和接触刚度，线性关系成立。
2014-12-02 cond-mat.soft
Statistical mechanics of dense granular fluids - contacts as quasi-particles
提出了一种新的第一性原理统计力学公式来描述缓慢和膨胀的颗粒流体，其中长时间的颗粒间接触破坏碰撞理论。所有重要的物理现象都发生在接触点上，它们被认为是可以出现和消失的准粒子。定义了一个接触势$ν$作为涨落的度量，并计算了每个粒子的平均配位数及其涨落的函数，将Edwards统计力学推广到慢动力学系统，当运动停止时收敛到慢动力学系统.将该理论应用于小围压极限下的单剪散粒体模型系统。推导出接触电位对剪切速率的依赖关系，从而可以通过实验校准$ν$，并预测配位数分布随剪切速率的变化。将下一个$ν=0$设置为堵塞点，其中临界平均配位数为$z_c$，找到那里的剪切速率的有限值$\dotγ_c$。一个简单的平均场论，然后产生缩放的平均配位数和它的波动附近的$\dotγ_c$。文献中的现有结果似乎支持这些预测。
2016-03-07 cond-mat.soft
Shear-induced contact area anisotropy explained by a fracture mechanics model
本文从理论上分析了粘结接触中剪切力引起的各向异性这一基本问题，并讨论了附函中的实验数据。我们提出了一个断裂力学模型，其中引入了两个唯象的模式混合函数来描述模式I和II或I和III之间的弱耦合，这改变了界面的有效韧性。用单次实验的数据对模态混合度函数进行插值，然后用它来预测整组实验观测的行为。该模型扩展了Johnson和Greenwood的一个想法，解决了非轴对称Hertzian几何中存在的纯模式I粘附问题，扩展到椭圆形接触沿其长轴或短轴剪切的情况。应力强度因子和它们的临界值之间的相等仅在长轴和短轴处施加。我们成功地验证了我们的模型对experimentaldata。该模型预测，冲压几何形状将影响剪切接触面积的形状和整体衰减。
2019-06-07 cond-mat.soft physics.class-ph
Contact tribology also affects the slow flow behavior of granular emulsions
最近的研究表明，接触力学在悬浮液流动动力学中起着重要作用。分散体中颗粒物质之间的接触机制应敏感地取决于分散相的组成：显然，乳液液滴与角状砂粒之间的相互作用不同。因此，我们要问：接触力学在分散介质流动中的作用是什么？我们专注于缓慢的流动，接触是持久的，因此接触力学效应应该是最明显的。为了回答我们的问题，我们合成了具有不同摩擦系数的软水凝胶颗粒。通过使颗粒变软，我们可以在有限的围压下以所有的驱动速率驱动它们。对于具有低摩擦系数的颗粒，我们获得类似于乳液的流变性，但有效摩擦比从其微观接触力学预期的大得多。增加颗粒的摩擦系数，我们发现悬浮液中的流动不稳定性。悬浮颗粒的微观摩擦系数对颗粒层的流动和波动也有很大的影响。我们的“颗粒乳液”的特定流变学提供了进一步的证据，更好地理解微观颗粒相互作用是广泛的相关性分散介质流动。
2018-10-19 cond-mat.soft
Arches and contact forces in a granular pile
在其自身重量下机械稳定的粒状颗粒的集合体包含拱。这些结构单元被识别为相互稳定的颗粒组。通常认为这些拱屏蔽了它们上面的重量，并且应该承受系统中的大部分应力。通过研究拱内和拱外颗粒所承受的应力，验证了这一假设。我们表明，事实上，粒子在拱承受更大的压力。特别是，各向同性应力往往是更大的拱晶粒，而各向异性组件是边缘区分两种类型的颗粒。接触力分布表明，指数尾（兼容的熵最大化下没有额外的约束），其次是拱外接触。在拱接触似乎是兼容的高斯分布与最近推出的方法，考虑到当地的力平衡对晶粒施加的约束。
2012-05-29 cond-mat.soft
Crossover from viscous fingering to fracturing in cohesive wet granular media: a photoporomechanics study
本研究应用光孔隙力学方法，揭示了内聚湿颗粒介质中流体注入引发的变形与断裂机制，发现并阐明了粘性指进与断裂两种模式间的竞争与交叉现象。
2023-09-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
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
Maximum disorder model for dense steady-state flow of granular materials
建立了剪切驱动的稠密颗粒流模型。如地质力学文献中所述，在超过初始静态填充的足够剪切之后达到临界状态条件。在临界状态下的进一步剪切过程中，应力、组构和密度几乎保持不变，即使颗粒不断重新排列。本文提出了一个临界状态流的预测框架，将其视为微观尺度上最大无序的条件。流动模型是在一个二维的设置，从概率密度的运动，力，和粒子间的接触方向。约束施加到这个概率密度：恒定的平均应力，恒定的体积，接触耗散率与应力工作的一致性，和滑动接触的分数。香农熵的微分形式，无序的措施，适用于密度，和Jaynes形式主义是用来找到最大的混乱在底层相空间的密度。由此产生的接触力，运动和方向的分布进行了比较与二维离散元模拟双轴压缩。该模型有利地预测各向异性的接触方向，接触力，接触运动，和这些接触的方向进行滑移。该模型还预测了接触力大小和接触运动之间的关系。该模型是一种替代仿射场描述的颗粒流。
2018-12-19 cond-mat.soft
Fracture Mechanics implications for apparent static friction coefficient in contact problems involving slip-weakening laws
我们认为，不同的静摩擦系数和动摩擦系数的接触涉及微滑的行为的影响。Cattaneo和Mindlin的经典解决方案是不变的，如果系数的过渡是突然的，但如果它发生在一些小的滑动距离，解决方案有一些数学上的相似之处，在粘着接触问题的法向牵引。特别是，如果过渡到动态滑移发生在一个足够小的区域，我们可以确定一个'JKR'近似，其中过渡区被压缩到一条线。然后预测剪切牵引中的局部奇异性，其应力强度因子与局部接触压力的平方根和摩擦系数-滑移距离关系的一定积分成比例。我们还可以定义“小规模屈服”标准的等效形式，这使我们能够评估奇异解何时提供了良好的近似。结果的一个后果是，在实验中的力测量确定的静摩擦系数是显着小于在微观尺度上举行的值。
2015-06-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Micro-macro transition and simplified contact models for wet granular materials
本文用离散颗粒模拟方法研究了湿颗粒在准静态剪切流中的流动。宏观量，符合连续介质理论的守恒定律，通过时间平均和空间粗粒化。最初的研究涉及理解液体含量和液体性质如表面张力对宏观量的影响。两个参数的液体桥接触模型已被研究作为本构参数，定义该模型的结构（i）的液体桥模型的破裂距离，这是成比例的液体含量，和（ii）的最大粘附力，控制的表面张力的液体。随后，这些微观参数之间的相关性和稳定状态的凝聚力在零围压的限制。此外，作为第二个结果，在壁处测得的宏观扭矩，这是一个实验上可访问的参数，从我们的模拟结果预测为依赖于微观参数。最后，一个现实的非线性液体桥接触模型的稳态凝聚力的规模以及与稳态凝聚力的一个简单的线性化不可逆接触模型具有相同的最大附着力和相等的能量消耗每次接触。
2015-06-21 cond-mat.soft
On the application of fracture mechanics mixed-mode models of sliding with friction and adhesion
正如Menga，Carbone和Dini（MCD）最近在一篇有趣和刺激性的论文中提出的那样，将断裂力学能量概念应用于滑动粘附接触的情况下，在界面处施加剪应力也是恒定的，并且等于材料常数（如在实验中所示），导致接触面积的增加，而这从未观察到。我们补充说，严格的MCD理论也预测的尺寸效应，因此在滑动过程中也没有观察到在实验中的JKR曲线的失真。最后，一个简单的例子与纯模式I接触的情况下，导致在MCD理论的一个无界的接触面积，这是很难解释的，而不是一个可能更正确的限制的毛吉斯-达格代尔解决方案的粘性球时，泰伯参数为零，即DMT的解决方案。因此，我们讨论的MCD理论的影响，虽然他们可能是相当学术：最近的半经验模型，与适当的选择的经验参数，似乎更有前途和强大的实际实验建模。
2019-07-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Evolution of Internal Granular Structure at the Flow-Arrest Transition
采用组构张量描述颗粒材料的内部接触和力网络，研究了颗粒材料在剪切停止和剪切流动状态下内部颗粒结构的演化。当摩擦颗粒的稀释系统受到恒定的压力和剪切应力，体积应力比是很好的预测从其接触和力网络的各向异性在瞬态流之前稳定的剪切流或剪切制动。虽然发病的剪切制动是一个随机过程，逮捕时的织物张量分布在几乎相等的贡献力和接触网络各向异性的体积应力比。随着系统规模的增加，分布似乎变得更窄。在剪切制动状态下的接触网络的各向异性是令人想起的剪切堵塞填料中观察到的织物各向异性。
2020-05-19 cond-mat.soft
Extracting Contact Forces in Cohesive Granular Ensembles
Indian Institute of Science（印度科学研究所）；North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）
本文提出一种新方法，通过扩展PeGS软件，解决颗粒间粘性力区分问题，用于研究粘性颗粒材料的微观力学。
2025-07-01 cond-mat.soft
Distribution of contact forces in a homogeneous granular material of identical spheres under triaxial compression
采用力传播碰撞模型，研究了均匀各向同性无序颗粒试样在均匀三轴应力场作用下接触力F的分布P（F）。碰撞发生在颗粒处，并遵循给定的规则，这些规则允许满足局部静力平衡。类比与玻尔兹曼方程的密度演化绘制和用于导出的参数，控制的分布Ps（F）的接触力F在静止状态下的情况下，包装的单分散球。利用对称性论证和平均场近似，发现当力的密度Ps（F）可以写成其和在碰撞过程中保持不变的量的指数的乘积时，可以实现平稳性。这在2d中引入了3个参数，在3d中引入了6个参数，它们是平均力分量{Fxo，Fyo，Fzo}，以及颗粒上的力的平均扭矩{Mxo，Myo，Mzo} >。令人惊讶的是，该理论似乎不能隐含地包括接触方向的分布。该模型的扩展是可能的，与一些照顾的情况下，各向异性包装。Pacs编号：5.40 ; 45.70 ; 62.20 ; 83.70.Fn
2005-06-23 cond-mat.soft
Emerging contact force heterogeneity in ordered soft granular media
在外界扰动下，无序颗粒介质中的颗粒间力会形成一种非均匀分布，并具有明显的模式。更好地理解这些力和分布对于预测颗粒介质的集体行为非常重要，颗粒介质是仅次于水的全球工业中最受操纵的材料。然而，在这方面的研究，到目前为止，已在很大程度上局限于粒状介质表现出的几何异质性，离开的尺寸力学异质性一个相当未知的领域。在这里，通过有限元接触力学模型，我们表明，一个不均匀的颗粒间的力分布也可以出现从尺寸的机械不均匀性。具体来说，我们数值研究颗粒间的力量在包装机械异构磁盘安排在一个正方形或六边形晶格和准静态各向同性压缩。结果表明，六方堆积的颗粒间力分布比正方堆积的颗粒间力分布更不均匀。对于两种填充格，初步分析显示异常值的一致共存（即，较软的圆盘承受较大的力，而较硬的圆盘承受较小的力），这意味着非局部效应的存在。对离群值部分和空间接触力相关性的进一步分析表明，在较小的机械异质性下，六边形堆积比正方形堆积表现出更明显的非局部效应。然而，当组件变得更加机械异质时，这种趋势被逆转。最后，我们确认，在没有颗粒重组事件，接触摩擦只起到包装稳定的作用，而它的变化对颗粒间的力和它们的分布几乎没有影响。
2021-08-01 cond-mat.soft
Identification of rolling resistance as a shape parameter in sheared granular media
使用接触动力学模拟，我们比较了在颗粒系统中的定期多边形颗粒组成的颗粒系统中的棱角性的影响，由磁盘组成的接触滚动阻力的影响。在简单的剪切条件下，我们考虑四个方面的这些系统在稳定状态下的力学行为：剪切强度，固体分数，力和织物各向异性，和概率分布的接触力。我们的主要发现是，基于能量耗散与两个颗粒之间的相对旋转接触，滚动阻力的效果可以明确地确定与一个规则的多边形颗粒的边数。这一发现支持使用的滚动阻力作为形状参数占颗粒的棱角性，并明确表示，背后的非圆形颗粒组成的颗粒系统的机械行为的主要影响因素之一是部分阻碍旋转作为结果的角颗粒形状。
2011-05-23 cond-mat.soft
Thermal properties of athermal granular materials
该研究通过停滞稳态流动颗粒材料，发现无热颗粒网络中粒间力演化使屈服应力随时间对数增强且速率依赖温度，并揭示老化与应力松弛同源于颗粒接触尺度的热分子过程。
2024-01-15 cond-mat.soft
Identifying Bridges from Asymmetric Load-Bearing Structures in Tapped Granular Packings
本研究利用高分辨率X射线断层扫描技术，通过重力诱导的结构变化识别敲击颗粒堆积中的承载接触，进而分析作为力学骨架的协同桥结构，发现桥的协同性随堆积分数降低而增加，有助于理解颗粒材料的流变性质。
2024-09-26 cond-mat.soft
Viscoelastic material properties determine contact mechanics of hydrogel spheres
本研究通过水凝胶颗粒实验，分离并探究了颗粒材料属性在滑动接触力中的作用，发现剪切模量随时间衰减的粘弹性模型结合库仑摩擦模型可准确捕捉实验结果，揭示了材料演化对颗粒集体行为的影响。
2024-03-24 cond-mat.soft
Onset of Irreversibility in Cyclic Shear of Granular Packings
本文研究了不可逆性在致密颗粒介质中的发生，该介质在裂底几何中受到循环剪切。为了探测微观和中尺度，我们在一系列剪切应变振荡中以3D方式对珠轨迹进行成像。虽然珠失去和恢复接触的邻居在一个周期，接触网络的拓扑结构表现出可逆的小振荡幅度的属性。随着反转幅度的增加，发生向不可逆扩散状态的转变。
2012-01-24 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
Contact transience during slow loading of dense granular materials
利用离散元（DEM）模拟球和球簇组装体，研究了准静态变形过程中颗粒运动的不规则性。共分析了三种类型的粒子间运动：粒子中心的相对运动，两个粒子在其接触处的物质点的相对运动，以及接触穿过粒子表面的遍历。运动是滚动、滑动和接触处的弹性变形的复杂组合，并且所有运动都是高度不规则和变化的，随着应变的增加而增加。粒子中心的相对运动与粒子的仿射位移的相对运动有很大的差别。非凸球团粒子的运动比球形粒子的运动更有规律。本文还研究了两个远程粒子之间的距离和它们的成对相对位移的影响。即使对于由多于六个中间粒子分开的粒子对，相对运动也不符合平均变形（仿射）场。力链被证明是短暂的功能，仅短暂地跨越过去的应变生存。
2018-12-18 cond-mat.soft
Long Range Correlations in Granular Shear Flow I: Numerical Evidence
我们研究了颗粒剪切流中长程相关性的出现。通过增加模拟颗粒流的密度，我们观察到一个自发的过渡，从稀制度，其中的相互作用是由二元碰撞为主，到一个密集的制度，其特征在于大型的力网络和集体运动。随着密度的增加，由于碰撞的耗散性质，相互作用的颗粒倾向于形成同时接触的网络。我们通过测量颗粒力之间的相关性来量化这些网络的大小，并发现随着网络大小的增加，接触力的统计数据发生了巨大的变化。
2006-12-28 cond-mat.soft
Rheology and Contact Lifetime Distribution in Dense Granular Flows
我们研究的流变学和分布的重力驱动的，致密的颗粒流的非粘性颗粒沿斜面使用大规模的，三维的，颗粒动力学模拟的颗粒间接触寿命。而不是观察到大量的长寿的接触，可能是预期的密集流，简短的二元碰撞占主导地位。在硬颗粒极限下，流变学符合Bagnold标度，其中剪切应力是应变率的二次函数。然而，随着颗粒变得更软，我们发现与Bagnold流变学的显著偏差;材料流动更像粘性流体。我们将这种材料集体流变学的变化归因于接触寿命分布的微妙变化，所述接触寿命分布涉及较软颗粒系统中的长寿命接触的寿命和数量的增加。
2007-03-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The contact dynamics method for granular media
本文综述了非光滑接触动力学的模拟方法。该技术旨在解决大量刚体的单边和摩擦接触问题，并已被证明是特别有价值的致密颗粒材料在过去的十年中的研究。我们在这里提出的基本原则相比，其他方法和3D算法的详细描述。我们指出了一个伪声波体现本身，并讨论了该方法的适用性。
2002-11-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Particle size effect on strength, failure and shock behavior in Polytetrafluoroethylene-Al-W granular composites
金属颗粒尺寸和样品孔隙率的变化显著地改变了使用聚四氟乙烯（PTFE）、铝（Al）和钨（W）粉末的冷等静压混合物加工的高密度颗粒复合材料的动态力学性能。准静态和动态实验进行相同的组分的质量分数与W颗粒的尺寸和压制条件的变化。相对较弱的聚合物基质允许该材料的强度和断裂模式由聚集的金属颗粒的颗粒型行为控制。在所有实验中，与粗W颗粒相比，在相对高孔隙率的样品中观察到更高的极限抗压强度。由金属颗粒组成的中尺度颗粒力链解释了这种不寻常的现象，这是在落锤试验的流体动力学模拟中观察到的。宏观裂纹的形成低于临界破坏应变的基质和不寻常的行为，由于致密化和断裂之间的竞争，在动态测试中的多孔样品也被观察到。冲击加载的这种颗粒状复合材料导致较高的分数的总内能沉积在软PTFE基体，特别是热能，这可以通过定制的W粒径分布。
2008-06-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The nature of quasistatic deformation in granular materials
在准静态条件下，粒状材料在变应力下的应变源于（I）接触变形和（II）接触网络的重排。根据样品历史和施加的载荷，任一机制都可能占主导地位。因此，可以相应地定义流变状态I和II。它们的性能，并说明在这里与离散的数值模拟结果的球填料。理解应变的微观物理起源使人们能够澄清宏观弹性的存在、大系统极限中应力应变关系的方法以及对噪声的敏感性等问题。
2009-01-15 cond-mat.soft
Coherent force chains in disordered granular materials emerge from a percolation of quasilinear clusters
致密颗粒材料和其他颗粒聚集体传递应力的方式掩盖了它们的微观结构紊乱。颗粒接触网络的子集是惊人的连贯性，其中接触几乎线性排列并传递大的力。重要的材料属性与这些力链有关，但它们的起源仍然是一个谜。我们分类子网络的线性连接，并显示出现的渗流过渡在一个临界线性网络是稀疏的，连贯的，并包含力链。临界线性子网络反映了宏观应力，解释了颗粒力学的独特特征。
2019-07-05 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
Statistical Properties of a 2D Granular Material Subjected to Cyclic Shear
本工作的重点是结构和应力的演化的实验系统的二维光弹性颗粒，是受到多个周期的纯剪切。在整个过程中，我们确定的接触网络和接触力使用粒子跟踪和光弹性技术。这些数据产生的织物和应力张量和接触力的分布在正常和切向方向。然后，我们发现，有一个合理的近似，系统压力，$P$，和平均接触数，$Z$之间的函数关系。该关系适用于剪切应力$τ$，接触网络反转附近的应变除外。相反，诸如$P$、$τ$和$Z$之类的量是应变$ε$的强滞后函数。我们发现，正常和切向力的分布，当表示在适当的手段，基本上是独立的应变。最后，我们分析了一个子集的剪切数据的强和弱力网络。
2009-06-12 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
Contact radius and curvature corrections to the nonlocal contact formulation accounting for multi-particle interactions in elastic confined granular systems
我们提出了接触半径和曲率修正的非局部接触配方，考虑到弹性约束颗粒系统中的多粒子相互作用。非局部接触公式消除了经典的独立接触假设，考虑到由于多个接触力作用在一个单一的颗粒变形的相互作用。接触半径校正考虑了这些变形的分量，这些变形对颗粒间接触面积有贡献。曲率校正通过在其泰勒级数展开中包括高阶项来改进接触表面轮廓的描述。为了验证校正后的公式，我们将注意力限制在不同载荷条件下的橡胶球上，在没有重力、粘附力或摩擦力的情况下。具体而言，我们表明，接触力和半径的预测是在显着的协议与有限元模拟和实验观察到的变形水平，在接触碰撞发生，这是不可能的与原来的弹性非局部接触配方。收敛的曲率校正配方观察到在四项校正。
2018-09-10 cond-mat.soft physics.comp-ph
How granular materials deform in quasistatic conditions
基于模型粒状材料的准静态变形的数值模拟，两个流变制度的区别，根据宏观应变是否仅仅反映微观材料应变内的晶粒在其接触区域（I型应变），或导致在微观水平上的不稳定性和接触网络重排（II型应变）。我们讨论的发生制度I和II的模拟模型材料制成的磁盘（2D）或球体（3D）。在单调试验（如三轴压缩）中，从状态I到状态II的过渡既不同于弹性限度，也不同于屈服阈值。这两种类型的响应之间的区别被证明是至关重要的敏感性接触级力学，相关的变量和尺度要考虑在微观力学方法，能量平衡和可能发生的宏观不稳定性
2010-11-10 cond-mat.soft
Robust Critical Connectivity Threshold in Ranked Percolation of Granular Packings
本文研究颗粒堆积中由接触数驱动的排序逾渗，发现每个颗粒的烧结桥临界数量比已连接颗粒比例更具鲁棒性，并通过模拟和平均场方法将其归因于接触空间分布，为理解空间网络抗攻击性提供启示。
2025-05-08 cond-mat.soft
Single-collision statistics reveal a global mechanism driven by sample history for contact electrification in granular media
颗粒介质中相同材料接触起电的模型通常依赖于局部电荷驱动参数，其空间变化导致电荷交换的随机起源。测量从单个颗粒球与相同材料的基板接触后的电荷转移，我们发现，电荷驱动参数是全球性的，而不是本地的。清洁和烘焙样品完全重置其充电行为，这表明底层全局参数不是材料固有的，而是从其历史中获取的。充电行为是随机的，不可逆的影响，相对湿度的变化，指出一种机制，吸附物，特别是水，是基本的电荷转移过程。
2023-03-20 cond-mat.soft physics.class-ph
Contact dynamics in a gently vibrated granular pile
我们使用多散斑扩散波光谱（MSDWS）探测的颗粒堆提交离散温柔的水龙头微米级的动态。塑料事件之间的典型时间尺度被发现显着增加与应用的水龙头的数量。此外，这种微观动力学弱依赖于样品的固体分数。这一过程与热玻璃体系中观察到的老化现象非常相似。我们提出了一个启发式的模型，这种减速机制与粒子之间的接触力的分布的缓慢演变。该模型占所观察到的动态的主要特征。
2003-03-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Generation of homogeneous granular packings: Contact dynamics method with coupling to an external pressure bath
接触动力学方法（CD）是一种有效的模拟稠密颗粒介质的技术，其中必须解决大量刚体的单向和摩擦接触问题。在本文中，我们提出了一个修改后的版本的接触动力学产生均匀随机填充的刚性颗粒。CD耦合到外部压力浴，这允许周期性重复的单元的大小的变化。我们遵循的安德森动力学的概念，并展示它如何可以应用在框架内的接触动力学方法。这里的主要挑战是正确处理粒子间的相互作用，这是基于CD中的约束力。我们实现了所提出的算法，进行测试模拟和调查的最终包装的属性。
2011-04-18 cond-mat.soft physics.comp-ph
Statistics of the contact network in frictional and frictionless granular packings
对具有不同颗粒摩擦系数μ的模拟颗粒填料进行了考察。计算了颗粒-颗粒和颗粒-壁面法向和切向接触力P（f）的分布，并与现有的实验数据进行了比较。这里，f等于F/F-bar，是由平均值F-bar归一化的接触力F。P（f）在大的力下表现出指数状衰减，在f = 1附近有一个平台/峰值，在小于平均值的力下有额外的特征，这些特征取决于μ。力-力空间分布函数和接触点径向分布函数的计算表明，力之间的相关性仅弱地依赖于摩擦，并且在超过大约三个颗粒直径后迅速衰减。颗粒-颗粒接触角的分布表明，接触网络不是各向同性的，仅弱地依赖于摩擦。高承载力的结构，或力链，不发挥主导作用，在这些三维，卸载填料。
2002-08-23 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
Gardner-like transition from variable to persistent force contacts in granular crystals
我们报告的实验证据Gardner一样的过渡从变量到持久的力接触在一个二维的，双分散的颗粒晶体通过分析单轴压缩下形成的粒子位置和力网络的变化。从密度刚刚高于冻结过渡，并为变量的额外压缩，我们比较配置，以自己的初始状态，并等效的合奏，重新初始化的状态。该协议表明，当密度低于Gardner样过渡时，力接触在很大程度上是不确定的，之后它们逐渐过渡到持久的，完全如此，只有在干扰点以上。我们关联的障碍，这种影响的基础上的光弹性磁盘的微观粗糙的大小，类推到其他机制，以前已经在理论上预测。
2022-05-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Stability, bifurcation, and softening in discrete systems: A conceptual approach for granular materials
矩阵刚度表达式推导出的刚性颗粒具有顺应性接触的组件中的粒子运动。推导包括由颗粒接触处的颗粒形状引起的刚度项。这些几何刚度项在颗粒破坏期间可能变得重要。必须将几何刚度添加到触点的机械刚度中以产生完整的刚度。对于摩擦接触，该刚度表达式是增量非线性的，具有多个载荷分支。为了帮助研究材料的行为，修改刚度来自孤立的颗粒群，被认为是从一个颗粒体的其余部分分离。提出了分叉，不稳定和软化的孤立和离散的颗粒子区域的标准。算例表明，失稳和软化完全是由矩阵刚度中的几何项引起的。
2019-01-01 cond-mat.other cond-mat.soft
MC-DEM: a novel simulation scheme for modeling dense granular media
本文提出了一种新的力模型进行定量模拟致密颗粒材料。多个接触（MC）之间的相互作用，在同一晶粒被明确考虑。我们容易适用的方法保留了离散元法（DEM）模拟的所有优点，不需要使用昂贵的有限元方法。新的模型密切再现我们最近的实验测量，包括接触力分布在全三维，在所有压缩水平高达实验的最大极限13%。与传统的非变形球的方法进行比较，以及与替代模型之间的相互作用多个接触。我们的模型相比，这些替代品的成功表明，每个晶粒上的多个接触之间的相互作用必须包括密集的颗粒填料。
2014-10-23 cond-mat.soft physics.comp-ph
Granular contact force density of states and entropy in a modified Edwards ensemble
在一种特殊情况下，给出了Edwards颗粒接触力概率泛函的分析方法。因此，颗粒接触力的概率密度函数，得到这种情况下，从第一性原理。计算结果与实验和模拟数据吻合良好。推导假设爱德华兹的平坦测量-状态的密度是均匀的相空间的亚稳区域内。支持物理参数和经验证据的假设是，相关信息通过包装中的循环没有显着递归。最大化状态计数熵导致可以数值求解的输运方程。目前，这是使用“平均结构近似”来完成的，将态密度投影到所有角坐标上，以更清楚地识别其主要的非均匀性。这些功能包括：（1）与颗粒稳定性相关的颗粒因子（Psi）和相同颗粒上的接触力之间的强相关性，以及（2）与牛顿第三定律相关的结构因子（Upperfume）和相邻颗粒之间的强相关性。
2004-09-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A contact model for the yielding of caked granular materials
我们提出了一个粘弹耦合模型之间的结块的球体，适合DEM模拟，它结合了不同的加载机制（拉伸，剪切，弯曲，扭转）在一个组合的方式，并允许一个共同的基础上推导的弹性和故障属性。在拉，剪，扭转破坏试验与团聚体高达10000个颗粒，我们比较失败的标准，它的不同近似的变体，在精度和计算成本。根据来自接触弹性的弹性参数表现的团聚体的失效，也给出了不同负载模式的相对相关性的洞察。
2011-01-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Linear-frictional contact model for 3D discrete element simulations of granular systems
线性摩擦接触模型是离散元（DEM）模拟颗粒材料时最常用的接触机制。带有摩擦滑块的线性弹簧用于在接触表面的法线和切线方向上对相互作用进行建模。虽然该模型在二维中很简单，但其在3D中的实现面临着某些微妙的挑战，并且在单个时间步内发生的粒子相互作用需要使用强大的算法进行仔细建模。本文详细介绍了一个三维算法，占切向力的变化方向的时间步长内，从弹性的时间步长内的滑移行为，可能的接触滑动期间只有一部分的时间步长，和旋转和旋转的切向力在时间步长。如果没有这三个调整，误差会引入组件的增量刚度。如果没有第四次调整，得到的应力张量不仅不正确，而且不再是张量。该算法还计算在一个时间步长，弹性和耗散的工作增量。
2020-01-09 cond-mat.soft cs.CE
Experimental evidence of ageing and slow restoration of the weak-contact configuration in tilted 3D granular packings
利用数字成像技术和非线性声学方法研究了颗粒填料缓慢向其不稳定阈值移动的过程。前一种方法使我们能够研究在倾斜过程中的表面上的晶粒重排和后者能够选择性地探测在材料块体中的弱接触部分的修改。逐渐老化的表面活性和弱接触的重新配置观察到的结果，反复倾斜周期到一个给定的角度小于雪崩的角度。对于几个连续的倾斜周期后达到的老化配置，突然恢复的表面上的活动和弱接触重排发生时，包装随后倾斜超过以前的最大倾斜角。这种行为进行了比较，从倾斜的2D填料的数值模拟与文献结果。研究还发现，老化后的弱接触结构，如果填料保持静止几十分钟，会自发地恢复到初始状态。当填料在零和近临界角之间来回倾斜时，弱接触构型在近临界角和零角附近表现出“内部弱接触雪崩”，而不是老化。相比之下，接触更强的骨骼保持稳定。
2010-11-08 cond-mat.other cond-mat.soft
Stress partition and micro-structure in size-segregating granular flows
当包含不同尺寸的颗粒的颗粒混合物被摇动、剪切、混合或任其流动时，颗粒倾向于在称为尺寸偏析的过程中按尺寸分离。本文从压力分布和颗粒微观结构两个方面探讨了颗粒斜槽流动中的尺寸偏析机理。因此，本文对双分散颗粒斜槽流动的二维离散数值模拟进行了系统的研究。基于Gray和Thornton 2005以及Hill和Tan 2014的理论模型，我们探索了小晶粒和大晶粒阶段的应力分配，区分了接触应力和动应力。我们的研究结果支持重力诱导和剪切梯度诱导的偏析机制。然而，我们发现，接触应力分区是非常敏感的部分应力张量的定义，更具体地说，混合接触（即涉及一个小晶粒和一个大晶粒）的处理方式，使重力引起的偏析的结论不确定。相比之下，部分动应力张量的计算是鲁棒的。动压分配与连续介质混合物理论的偏离幅度明显大于接触压力，并表现出明显的流动动力学依赖性。最后，使用一个简单的近似的接触偏应力张量，我们调查如何接触应力分区与流动的微观结构，并建议后者可能提供一个有趣的代理研究重力引起的偏析。
2015-08-24 cond-mat.other cond-mat.soft
Grain fragmentation in sheared granular flow: weakening effects, energy dissipation, and strain localization
我们描述的剪切流动的无序颗粒状材料中存在的晶粒断裂使用的剪切转换区（STZ）理论的非晶塑性适应系统与硬核颗粒间的相互作用。为此，我们开发的运动方程为这个系统在一个类似于分子玻璃的分析中使用的热力学框架。对于硬核系统，内部的构型无序的量由致密性$X = \partial V / \partial S_C$表征，其中$V$和$S_C$分别是体积和构型熵。基于断裂力学，用特征晶粒尺寸$a$随时间演变的本构方程描述晶粒破碎。我们表明，晶粒破碎是一种弱化机制，显着降低在大应变率的流动应力，如果材料是率强化的字符。此外，我们还表明，如果颗粒状材料是足够的年龄，空间不均匀性的配置混乱的结果在应变局部化。我们还表明，晶粒分裂在小的剪切应变下的粉碎显着，而晶粒磨损成为主导在大的剪切位移。
2014-02-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
