Critical scaling in linear response of frictionless granular packings near jamming
通过分析无摩擦颗粒介质的线性响应，研究了无摩擦颗粒介质在阻塞转捩以上的标度行为的起源。对局部强迫的响应是非自平均的，并且在干扰过渡处发散的长度尺度上波动。在干扰转捩附近，对全球强迫的响应变得越来越非仿射。这是由于接近的软盘模式，其影响，我们的特点是局部线性响应。我们发现，当地的响应也支配的弹性常数和接触数的异常标度。
2006-10-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Homogeneous crystallization in cyclically sheared frictionless grains
过去半个世纪的许多实验表明，对于一系列协议，颗粒材料在压力和重复的小扰动下压实。最近对循环剪切球形颗粒的实验显示出通过均匀结晶的显著压实（Rietz等人，2018年）。在这里，我们提出了数值模拟的无摩擦，纯排斥球进行循环简单剪切耗散牛顿动力学在固定的垂直载荷。我们表明，足够小的应变振幅，循环剪切引起均匀结晶的体积分数$ϕ= 0.646 \pm 0.001$。这一结果表明，无论是摩擦力还是重力都不是驱动颗粒介质中均匀结晶所必需的。
2020-08-05 cond-mat.soft
Unifying Suspension and Granular flows near Jamming
硬颗粒的稠密流的流变特性是奇异的，因为一个接近堵塞的阈值，其中流动停止，无论是由惯性主导的颗粒流，和过阻尼悬浮液。同时，表征速度相关性的长度尺度在干扰时出现发散。在这里，我们回顾了一个理论框架，给出了一个无摩擦粒子的定常流动的标度描述。我们的分析适用于悬浮液和惯性流动的硬颗粒。我们报告的数值结果支持的理论，并显示的相图，结果时，摩擦被添加，划定制度的有效性的无摩擦理论。
2016-11-10 cond-mat.soft
Fluctuations and power-law scaling of dry, frictionless granular rheology near the hard-particle limit
无摩擦颗粒的流动进行了研究与应力控制的离散元建模模拟系统的大小从300到100，000个颗粒。体积分数和剪切应力比$μ$对于大范围的惯性数$I$对系统尺寸相对不敏感。应变率中的二阶效应，例如第二法向应力差，需要大的系统尺寸来准确地提取有意义的结果，特别是第一法向应力差与应变率的非单调依赖性。由$μ(I)$关系表示的一阶流变响应在描述流变学的低阶方面很好地起作用，除了这些应力控制流动的准静态极限附近。的压力是变化超过五十年，并观察到的协调数的压力依赖性，这是不捕获的惯性数。对于接近准静态极限的小系统$N\le$ 1，000观察到的大波动可导致流动停滞，从而导致将数据拟合到流变学关系的挑战。惯性数也不足以捕捉的性质波动的压力依赖的行为。在准静态和惯性制度，包括剪切应力，压力，应变率，法向应力差，体积分数，配位数和接触织物各向异性的流动和微观结构特性的波动进行测量。流动特性的波动与压力和系统尺寸自相似。的应力特性和接触织物各向异性的波动的缩放的过渡测量和建议作为一个定量识别的过渡从惯性到准静态流。
2022-01-10 cond-mat.soft
Rheology of dense granular suspensions under extensional flow
我们研究了颗粒悬浮体在各种拉伸变形和简单剪切下的数值模拟。的粘度和Trouton的比率（拉伸剪切粘度的比率）的固体体积分数$ϕ$接近零惯性的极限的函数计算。无摩擦颗粒的悬浮液遵循牛顿Trouton的比例$ϕ$一直到$ϕ_0$，一个通用的卡点，是独立的变形类型。与此相反，摩擦颗粒导致的变形类型相关的堵塞分数$ϕ_m$，这是最大的剪切流。因此，特劳顿的比率从牛顿开始，但发散为$ϕ\toϕ_m$。我们解释了这种差异，在悬浮液中的摩擦颗粒考虑在堵塞的颗粒排列。虽然无摩擦颗粒悬浮液在堵塞时具有几乎各向同性的微结构，但摩擦允许更多的各向异性接触链，这允许在较低的$ϕ$下堵塞，但引入了协议依赖性。最后，我们提供的证据表明，粘性数流变学可以从剪切延伸变形，特别是成功的崩溃无摩擦颗粒。拉伸变形是悬浮液流变学中的一个重要类别，与浆料加工、造粒和高性能材料有关。
2018-04-22 cond-mat.soft
Role of friction in pattern formation in oscillated granular layers
颗粒流中的颗粒通常被建模为无摩擦（光滑）的非弹性球体;然而，不存在无摩擦颗粒，就像不存在弹性颗粒一样。我们的分子动力学模拟表明，摩擦是必不可少的垂直振荡颗粒层的逼真建模：模拟无摩擦颗粒产生的模式，在一个容器的加速度约30%，小于在实验和模拟摩擦中观察到的发病。更重要的是，即使正方形和六边形的图案形式为一个广泛的振动参数在实验中，在我们的模拟摩擦非弹性粒子，只有条纹图案的形式在模拟中没有摩擦，即使非弹性增加，以获得尽可能多的耗散摩擦粒子。我们还考虑了颗粒摩擦力对冲击波的影响，冲击波是颗粒层每次撞击容器时形成的。虽然冲击波仍然形成无摩擦的颗粒，高度和时间的依赖性的流体动力场的情况下，有摩擦和没有摩擦。
2006-08-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Spatial distribution functions of random packed granular spheres obtained by direct particle imaging
我们测量的两点密度相关性和Voronoi细胞分布的周期性剪切颗粒球获得的荧光技术，并比较它们与无摩擦球的随机堆积。我们发现，径向分布函数$g(r)$捕获的Percus-Yevick方程的初始体积分数$ϕ=0.59$。然而，由于随着$ϕ$向随机紧密堆积增加，第二峰分裂，观察到小但系统的偏差。的Voronoi自由体积的分布偏离假设的$Γ$分布，和取向的顺序度量$Q_6$显示无摩擦球的数值结果相比，混乱。总的来说，这些措施显示出显着的相似性随机堆积的颗粒和无摩擦球，但一些系统的差异。
2010-01-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
Unjamming of Granular Packings as a Constraint Satisfaction Problem: Evidence for a Growing Static Length Scale in Frictionless Packings
在软堵塞填料的物理学中，一个突出的问题是关于在非堵塞过渡附近出现的相关性的性质。在这项工作中，我们对待unjamming作为一个约束满足问题，并证明了静态的关联函数，探头的边界条件的敏感性，表现出发散的相关长度的包装被解压。这个长度尺度与均衡性有关，并且早先已经与均衡填充中软模的存在相联系。的关联函数的形式是非常相似的马赛克理论中预测的玻璃化转变，我们与包装的熵的增长相关性的性质。
2010-07-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Measurements of the Yield Stress in Frictionless Granular Systems
我们进行了广泛的分子动力学模拟的二维无摩擦颗粒材料，以确定这些系统是否可以由一个单一的静态屈服剪应力。我们考虑边界驱动的平面剪切在恒定的体积和恒定的剪切力或恒定的剪切速度。在稳定流动条件下，这两个集合给出了相似的平均剪切应力与剪切速度的结果。然而，在堵塞附近，引发剪切流动所需的剪切应力可能与维持流动所需的剪切应力显著不同。我们进行了几次测量的剪切应力附近的流动的开始和停止。在固定剪切速度下，我们测量了零剪切速度极限下的平均剪切应力$Σ_{yv}$。在固定剪切力下，我们测量了长时间保持稳定流动所需的最小剪切应力$Σ_{yf}$。我们发现，在有限尺寸的系统$Σ_{yf} > Σ_{yv}$，这意味着有一个跳跃不连续的剪切速度从零到一个有限的值时，这些系统开始在恒定的剪切力流动。然而，我们的模拟表明，差异$Σ_{yf} - Σ_{yv}$，从而在剪切速度的不连续性，趋于零，在无限的系统尺寸限制。因此，我们的研究结果表明，在大系统的限制，无摩擦颗粒系统的特点是由一个单一的静态屈服剪应力。我们还监测这些系统施加剪切的短时间响应，并表明系统的填充分数和速度分布的形状可以强烈影响是否在短时间内的剪切应力超过长时间的平均值。
2005-12-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Stress in frictionless granular material: Adaptive Network Simulations
我们提出了一个极简的方法来模拟力通过颗粒系统的传输。我们从一个配置包含凝聚力（拉伸）接触力，并使用自适应程序，以找到稳定的配置，没有拉伸接触力。该过程的工作原理是依次删除和添加相邻焊珠之间的单个触点，而焊珠位置不被修改。在一系列的二维实现中，所得到的力网络被证明满足平均应力的三个分量之间的线性约束，如最近的理论所预期的。线性约束中的系数在剪切载荷范围内几乎保持不变，直到约为法向载荷的0.6。接触力的空间分布沿"力链”表现出强烈的集中性。接触力大小为f的概率随f呈指数衰减。对局部扰动力的响应集中在两条向下和横向的特征射线上。
1999-10-15 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Granular binary mixtures improve energy dissipation efficiency of granular dampers
本研究通过离散元法模拟填充同材质不同尺寸无摩擦球形颗粒二元混合物的颗粒阻尼器，发现二元混合物的组成会显著影响阻尼效率，为优化颗粒阻尼器的能量耗散性能提供了依据。
2023-02-06 cond-mat.soft
Isostaticity and Mechanical Response of Two-Dimensional Granular Piles
数值研究了二维颗粒堆的静态结构和力学响应。桩由多分散盘组成，有摩擦和无摩擦。通过检查具有不同圆盘弹性的系统，特别注意刚性颗粒极限。结果表明，无摩擦圆盘桩的静力结构在刚性极限下为等静压桩，而摩擦圆盘桩的等静压桩取决于成桩过程，但在无限大摩擦力作用下，结构在刚性极限下非常接近等静压桩。桩的力学响应研究的无限位移的盘在底部之一。结果表明，在无摩擦桩的情况下，扰动引起的桩身位移总量随着桩身均衡而发散，而摩擦桩的响应仍然是有限的。在无摩擦等静压桩中，各试件的位移响应表现较为复杂，但其平均值呈波浪状传播。
2004-05-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Geometrical properties of rigid frictionless granular packings as a function of particle size and shape
采用三维离散数值模拟方法研究了密排无摩擦颗粒集合体的性质与颗粒多分散性和形状的关系。与某些实验结果不同的是，模拟结果表明，轴面体（八面凸多面体）的无序堆积比球形或圆形颗粒的无定形堆积具有更高的固体分数值，从而满足了焦和同事对随机堆积的Ulam猜想的类似[Y. Jiao和S. Torquato，Phys. Rev. E $\textbf{84}$，$041309$（$2011$）]。实验结果和数值结果之间的这种表面差异被认为是由于通过实验致密化过程克服颗粒间摩擦的困难。此外，固体分数被证明是进一步增加的双分散性和峰值时，小颗粒的体积比例达到$30\%$。另外，用高达$50\%$的扁平轴面代替等距轴面，固体分数降低，特别是当扁平颗粒也被拉长时。然而，与多分散性相比，颗粒形状似乎对填充固体分数起次要作用。对填料微观结构的进一步研究证实，轴面填料满足均衡猜想，并且除了在填料中平面或平面-细长多面体的$30$到$50\%$之外，它们是自由有序的。这种有序度的逐渐增加是由扁平或扁平细长颗粒的重新取向引起的有序相的形式，以使堆积势能最小化。同时，这种重新取向似乎增加了固体分数值略高于单分散等距pinacoids实现的最大值，以及配位数。最后，部分替代的细长轴面等距的堆积固体分数或秩序的影响有限。
2017-06-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Stress Propagation through Frictionless Granular Material
我们研究网络的力量，预计在一个静态的组装硬，无摩擦的球形珠的随机大小，如胶体玻璃。这样的组件是最小连接的：对于大型组件，约束方程与接触力的比率接近1。然而，在一个有限的子区域的组件中的珠的位置是欠定的。因此，为了保持平衡，一半的外部接触力由另一半确定。我们认为，力的传输可以被视为单向的，相反，在弹性材料中的力的传输。专门顺序沉积珠，我们表明，在一个给定的埋珠上的力可以唯一指定的力量，涉及最近添加的珠。我们推导出方程的传输应力平均尺度远大于一个单一的珠。这种推导需要证明力的统计波动与接触几何的波动无关。在这种情况下，$d(d+1)/2$分量应力场可以用d分量矢量场表示。该方法可推广到非顺序填料。在二维空间中，应力按照波动方程传播，正如最近在其他地方的工作中所假设的那样。我们证明了类似的波状传播在更高的维度，假设包装的几何形状具有单轴对称。在宏观颗粒材料中，我们认为我们的方法可能是有用的，即使颗粒有摩擦，并没有按顺序包装。17
1999-03-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Experimental Demonstration of Nonuniform Frequency Distributions of Granular Packings
我们开发了一种新的实验技术，以产生机械稳定（MS）无摩擦颗粒磁盘包装。我们进行了一系列的协调实验和数值模拟，以枚举的MS包装在小的二维系统组成的双分散磁盘。我们发现，无摩擦MS包装发生在配置空间中的离散，分离良好的点，并获得良好的定量之间的协议产生的MS包装实验和模拟。此外，我们观察到MS包装概率可以变化许多数量级，并且相对于包装生成过程是鲁棒的。这些结果表明，最常见的MS包装可能占主导地位的颗粒系统的结构和力学性能。我们认为，这些小系统的结果是一个关键的第一步，从“自下而上”构建一个大颗粒系统的统计描述。
2009-03-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effect of Shape and Friction on the Packing and Flow of Granular Materials
采用离散元模拟方法研究了非球面摩擦颗粒的堆积和流动。粒子是超级球，形状为$|x|^{s}+|y|^{s}+|z|^{s} = 1$，从球形（$s=2$）到立方体（$s=\infty$）不等，用双球模型构造。无论是包装分数，$ϕ$，和配位数，$z$，单调减少与微观摩擦$μ$，对于所有的形状。然而，这种减少是更大的$s$由于减少的摩擦增加的面-面接触的分数更显着。对于流动的颗粒，动态摩擦$\tildeμ$ -剪切应力与法向应力之比-取决于形状、微观摩擦和惯性数$I.$。对于所有形状，$\tildeμ$从其准静态值$\tildeμ_0$增长为$(\tildeμ-\tildeμ_0) = dI^α,$，对于有摩擦和无摩擦形状具有不同的普遍行为。对于无摩擦形状，指数$α\approx 0.5$和前因子$d \approx 5\tildeμ_0$，而对于摩擦形状$α\approx 1$和$d$仅略有变化。计算结果表明，所得到的流动指数具有普适性，且对所有形状都是一致的。
2018-10-31 cond-mat.soft
Scaling properties of granular rheology near the jamming transition
研究了由无摩擦球体组成的致密颗粒材料的流变特性。结果表明，在堵塞转变点附近，剪切应力、压力和动力学温度都服从临界标度关系，该临界点被认为是一个临界点。这些标度律有一些特殊的性质，鉴于传统的临界现象，因为指数依赖于粒子间的力模型，使他们不是普遍的。它也被发现，这些标度律意味着描述增长的相关长度的指数之间的关系。
2008-11-02 cond-mat.soft
A non-local rheology for granular flows across yield conditions
在定压和恒切应力控制的剪切单元中，数值研究了夹在两个颗粒剪切流之间的稠密颗粒流的流变特性。我们表明，甚至远低于屈服应力，其流动可以用相同的流变学描述的屈服应力以上的液体状态可以实现。一个非局部的本构关系是从量纲分析，通过梯度扩展和校准使用均匀应力下观察到的速度分布的空间松弛。对于摩擦和无摩擦的颗粒，松弛长度被发现发散的距离屈服点的平方根的倒数，在该点的两侧。
2013-11-07 cond-mat.soft
Large-scale frictionless jamming with power-law particle size distributions
由于显著的计算费用，尺寸分散的球体的尺寸比大于1：10的堵塞填料的离散元方法模拟仍然难以捉摸，限制了模拟和现实世界的颗粒材料与大尺寸分散度之间的对应关系。最近开发的邻居分箱算法，我们产生机械稳定的堵塞包装的无摩擦球的幂律尺寸分布包含高达近四百万颗粒的尺寸比高达1：100。通过系统地改变基本幂律的宽度和指数，我们分析了颗粒尺寸分布对堵塞填料结构的作用。的denandrificing填料获得的大小分布，平衡的相对丰度的大/大/中间和小-小颗粒接触。虽然响尾蛇颗粒的比例和平均配位数强烈地依赖于尺寸分布，非响尾蛇颗粒的平均配位在所有情况下都达到无摩擦均衡值6。参与承载网络的非响尾蛇颗粒的尺寸分布表现出不依赖于总颗粒尺寸分布的宽度，超过了低量级指数幂律的临界颗粒尺寸。这意味着只有尺寸大于临界粒度的颗粒才有助于机械稳定性。然而，对于高数量级指数的幂律，所有的颗粒尺寸参与的机械稳定性的包装。
2022-08-15 cond-mat.soft
Colloidal Suspensions can have Non-Zero Angles of Repose below the Minimal Value for Athermal Frictionless Particles
Université Lyon 1, CNRS, ILM, UMR 5306（里昂第一大学，法国国家科学研究中心，复杂液体物理实验室）
研究胶体硅颗粒在水填充微流控旋转圆筒中的休止角，探讨热与非热颗粒态的临界过渡。小颗粒热运动促进慢流，堆叠完全平坦，休止角为零；大颗粒在临界尺寸以上停止流动，休止角随颗粒大小增加但低于非热无摩擦颗粒的最小值。
2026-07-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Unified Theory of Inertial Granular Flows and Non-Brownian Suspensions
硬颗粒的稠密流的流变特性是奇异的，因为一个接近堵塞的阈值，其中流动停止，无论是由惯性主导的空中颗粒流，和过阻尼悬浮液。同时，表征速度相关性的长度尺度在干扰时出现发散。在这里，我们介绍了一个理论框架，提出了一个试探性的，但可能完整的缩放描述的平稳流。我们的分析，重点是无摩擦颗粒，适用于{ \it两者}的悬浮液和惯性流动的硬颗粒。我们比较我们的预测与经验文献，以及与新的数值数据。总的来说，我们发现一个非常好的协议之间的理论和观测，除了摩擦惯性流的标度特性明显不同于无摩擦系统。对于过阻尼流，需要更多的观测来决定摩擦是否是一个相关的扰动。我们的分析对微观动力学量做出了几个新的预测，这些预测应该可以通过实验获得。
2015-05-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Bridging the rheology of granular flows in three regimes
我们通过分子动力学模拟研究了软的、摩擦的、无粘性的球的均匀的、简单的剪切流动的颗粒材料的流变学。与以前的无摩擦颗粒的结果相一致，我们观察到三个流动制度存在于不同的领域的颗粒体积分数和剪切速率，所有的应力数据崩溃后缩放的权力的距离堵塞点。虽然这个堵塞点是颗粒间摩擦系数的函数，但发现在此点压力与应变率之间的关系与摩擦无关。我们还提出了一个流变学模型，混合在每个政权的渐近关系，以获得这些流量的一般描述。最后，我们表明，偏离惯性数标度是一个直接的结果，颗粒的柔软性，与无量纲剪切速率特征的过渡。
2012-01-27 cond-mat.soft
Lift force on an asymmetrical obstacle immersed in a dilute granular flow
本文通过解析计算和计算机模拟研究了颗粒流中椭圆形障碍物所受的升力。结果示出为障碍物的大小，相对于流动方向（倾斜角）的取向，恢复系数和椭圆偏心率的函数。理论上的论点，根据施加在障碍物上的力，由于非弹性，无摩擦碰撞的一个非常稀的流，捕捉定性特征的升降机，但未能再现的数据定量。这一分歧背后的原因是，作为这一论点基础的稀流假设在障碍物前形成颗粒激波时被打破了。更具体地说，冲击波改变了颗粒在障碍物处的冲击速度，降低了从非常稀的流获得的总净升力。
2011-11-24 cond-mat.soft
Collision Dynamics of Particle Clusters in a Two-dimensional Granular Gas
在粒状气体中，非弹性碰撞产生不稳定性，其中组成颗粒不均匀地聚集。然后这些团簇彼此相互作用，进一步降低它们的动能。我们报告的自由碰撞的致密的粒子团簇在一个二维几何形状的实验。颗粒由固体CO $_{2}$组成，由于升华的蒸汽，其几乎无摩擦地漂浮在热表面上。在两个由$\approx$ 100个粒子组成的密集簇碰撞之后，有两个不同的演化阶段。首先，平移动能迅速减少超过90%，因为“干扰锋”扫过每个集群。随后，随着颗粒接近容器边界，动能降低得更慢。在这种情况下，测得的速度分布是非高斯的长尾。最后，我们比较我们的实验，计算机模拟碰撞，二维，颗粒状集群组成的圆形，粘弹性颗粒与摩擦。
2013-10-16 cond-mat.soft
Non-equilibrium steady states, coexistence and criticality in driven quasi-two-dimensional granular matter
利用分子动力学模拟研究了准二维约束条件下非弹性无摩擦球的非平衡稳态振动。在密度-振幅平面上的相图显示出一个流体状的无序相和一个具有三重对称性的有序相，以及两者之间的相共存。一个动力学机制存在，带来亚稳态的旅行团簇，同时稳定的团簇与各向异性的形状在低振动幅度。此外，有一个正方形的双层状态，它是连接到流体的BKTHNY型两步熔融与中间四相。详细研究了这两个连续跃迁的临界行为。对于流体-四次相变，得到了$\tildeγ=1.73$、$η_4 \approx 1/4$和$z=2.05$的临界指数.
2019-02-12 cond-mat.soft
Effects of particle compressibility on structural and mechanical properties of compressed soft granular materials
颗粒材料的力学性能的变化，引起的颗粒的内在可压缩性的变化，通过基于有限元和接触动力学方法相结合的数值模拟进行了研究。组装的无热的2D颗粒进行准静态单轴压缩到接近$1$的包装分数。受赫兹极限接触力学的启发，我们表明，颗粒的可压缩性对全局和局部应力的影响，可以通过只考虑系统的填充分数来描述。这一结果，证明在整个范围内的可访问的包装分数的情况下，无摩擦的颗粒，仍然是相关的中等颗粒间的摩擦系数。摩擦颗粒所观察到的微小差异源于系统中的不可逆局部重组，后者由颗粒的可压缩性促进。
2020-04-02 cond-mat.soft
Kinetic theory applied to pressure-controlled shear flows of frictionless spheres between rigid, bumpy planes
本研究通过离散元模拟和动力学理论，分析了粗糙平面间无摩擦球体在固定载荷下的剪切流动，首次验证了扩散率和碰撞耗散的本构关系，并提出了预测结晶临界载荷的准则。
2024-07-24 cond-mat.soft
Shear zones in granular mixtures of hard and soft particles with high and low friction
针对硬软摩擦特性不同的颗粒混合物剪切区更宽的实验现象，通过离散元模拟揭示颗粒间摩擦和弹性模量对剪切带特性的共同调控作用及摩擦对应力响应的强影响，深化了剪切带形成的微力学认识。
2023-11-06 cond-mat.soft
Critical scaling near jamming transition for frictional granular particles
对剪切摩擦颗粒材料在堵塞转变附近的临界流变进行了数值研究。它被证实存在一个真正的临界密度的屈服应力的开始，和两个虚拟的临界密度的流变特性的标度律的特征。我们发现存在一个滞后回线之间的两个临界密度为每个摩擦系数。值得注意的是，无摩擦堵塞过渡的临界标度律似乎仍然有效，即使摩擦堵塞，尽管使用虚拟的临界密度值。
2011-03-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Flow of lubricated granular material on an inclined plane
研究了重力驱动下球形、毫米级颗粒材料表面涂覆非球形、微米级、近无摩擦润滑剂颗粒的流动。在斜面上进行实验，使用两种不同尺寸的颗粒用于不同浓度的润滑剂。随着润滑剂浓度的增加，颗粒体积流量呈现出非单调的行为。它显示出在较低的润滑剂浓度下增加，然后在较高的润滑剂浓度下降低。润滑剂颗粒粘附到粒状颗粒表面，从而减少颗粒间摩擦。然而，较高浓度的润滑剂颗粒的存在抑制了颗粒间的碰撞，从而减少了颗粒间的动量传递。在所观察到的行为的非单调性，然后，由于粒子间的摩擦和粒子间的碰撞的竞争效应而出现。本工作和其中的整体观察到的行为提供了一个简单的实验系统，以表征在制药和其他相关工业应用中添加的润滑剂材料的效果。
2022-10-21 cond-mat.soft
Simulation of granular jet: Is granular flow really a "perfect fluid?"
我们进行了三维模拟的颗粒射流冲击摩擦和无摩擦颗粒。在实验中观察到的小剪切应力[X. Cheng等人，物理修订版信函99，188001（2007）]通过我们的模拟再现。然而，撞击后的流体状态远非完美的流体，因此，颗粒射流和夸克-胶子等离子体之间的相似性是肤浅的，因为观察到的粘度是有限的，其值与动力学理论的预测一致。
2012-10-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Rheology of dense granular flows for elongated particles
本文用三维数值模拟方法研究了无摩擦球柱中稠密颗粒流的流变特性。在球形颗粒的情况下，有效摩擦$μ$是惯性数$I$的增函数，我们系统地研究了$μ$对颗粒纵横比$Q$，以及法向应力差，体积分数和配位数的依赖性。特别地，我们表明准静摩擦系数与$Q$是非单调的：从球形情况$Q=1$，它首先急剧增加，在$Q \simeq 1.05$附近达到最大值，然后缓慢减小，回到$Q \simeq 2$的初始值。我们提供了一个微观的解释，这种意想不到的行为，通过分析周围的颗粒的耗散接触的分布：相比球体，稍微细长的颗粒增强其中央圆柱形带的接触，而在较大的纵横比颗粒往往对齐和耗散的优先接触在其半球形帽。
2017-10-18 cond-mat.soft
Shear thickening in granular suspensions: inter-particle friction and dynamically correlated clusters
我们考虑非布朗摩擦颗粒的浓悬浮液的剪切流变学。我们的研究的关键结果是出现了一个明显的剪切增稠制度，无摩擦的颗粒通常会经历剪切稀化。我们澄清，在我们的模拟剪切增稠是由于增强能量耗散通过摩擦颗粒间的力量。此外，我们的证据形成的动态相关的颗粒簇的大小$ξ$，这有助于通过增加\emph{viscous}耗散的剪切增稠。标度参数给出了$η\sim ξ^2$，它与数据非常吻合。
2013-11-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Interparticle friction leads to non-monotonic flow curves and hysteresis in viscous suspensions
滞后现象是颗粒材料固液相变的一个主要特征。这种性质，通过允许亚稳态，可能会产生灾难性的现象，如地震或空中滑坡。颗粒流中滞后现象的起源仍有争议。然而，迄今为止提出的大多数机制都依赖于粒子水平上的惯性。在本文中，我们研究了非布朗悬浮液在缓慢旋转的鼓的雪崩动力学，并揭示了大滞后的雪崩角，即使在没有惯性。通过使用微二氧化硅颗粒，其颗粒间的摩擦系数可以关闭，我们表明，微观摩擦，相反的惯性，是触发颗粒悬浮液中的滞后的关键。为了理解摩擦和滞后之间的联系，我们使用旋转鼓作为流变仪来提取摩擦悬浮液和无摩擦悬浮液接近流动开始的悬浮液流变学。这种分析表明，无摩擦颗粒的流动规则是单调的，并遵循指数$α\!= \! 0.37 \pm 0.05$的幂律，与以前的理论预测，$α\!=\! 0.35$密切一致。相比之下，摩擦颗粒的流动规则表明速度弱化行为，从而解释了流动不稳定性和滞后的出现。这些研究结果表明，滞后也可以发生在没有惯性的颗粒介质，质疑这种现象的亲密性质。通过强调微观摩擦的作用，我们的研究结果可能是感兴趣的地球物理背景下，了解失败的机制在海底滑坡的起源。
2019-04-08 cond-mat.soft
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$…
2020-09-24 cond-mat.soft
Optimizing Packing Fraction in Granular Media Composed of Overlapping Spheres
当随机倒入容器中时，什么形状的颗粒会产生最高的填充分数？为了有效地探索和导航巨大的搜索空间，我们将分子动力学模拟与人工进化相结合。任意颗粒形状由一组不同直径的重叠球体表示，使我们能够近似光滑表面，分辨率与包含的球体数量成比例。我们发现了一个平面三角形颗粒的家庭，其包装分数$ϕ\sim$ 0.73超过几乎所有的无摩擦颗粒的随机包装的实验结果。我们调查如何$ϕ$取决于包括一个单独的颗粒和表面的光滑度的球体的安排。我们使用该家族最简单成员的3D打印副本进行实验验证了模拟，该成员是由三个半径相同的重叠球体组成的平面粒子。与3D打印的非球面椭球体的直接实验比较表明，三角形颗粒不仅在大系统尺寸的限制下而且在限制于小容器时包装得非常好。
2015-10-19 cond-mat.soft
Critical scaling near the yielding transition in granular media
我们发现，颗粒介质中的屈服转变显示二阶临界点标度行为。我们进行了离散元模拟的低惯性数限制的摩擦，纯排斥球形颗粒进行简单的剪切在固定的无量纲剪切应力$Σ$在两个和三个空间维度。为了找到可以支持所施加的$Σ$的机械稳定（MS）堆积，具有尺寸$L$的各向同性制备状态必须经历总应变$γ_{\rm ms}(Σ,L)$。对于$Σ> Σ_c \approx 0.11$，MS堆积的数密度（$\propto γ_{\rm ms}^{-1}$）根据具有长度尺度$ξ\propto |Σ- Σ_c|^{-ν}$的临界标度形式为零，其中$ν\approx 1.7-1.8$ .在屈服应力（$Σ>Σ_c$）以上，在大系统限值$L/ξ\gg 1$中不存在可支持$Σ$的MS填料。通过剪切产生的MS填料具有各向异性力和接触网络，这表明$Σ_c$与这些网络可以变形远离各向同性填料的程度的上限有关。
2018-05-21 cond-mat.soft
Diverging viscosity and soft granular rheology in non-Brownian suspensions
我们使用大规模的计算机模拟和有限尺寸标度分析来研究无摩擦非布朗粒子的稠密三维悬浮液在堵塞过渡附近的剪切流变学。我们进行模拟软排斥粒子在恒定的剪切速率，恒定的压力，和有限的系统尺寸，并仔细研究大系统尺寸和无限硬粒子排斥的渐近极限。将先前的分析扩展了两个数量级，我们首先研究了硬颗粒极限下剪切粘性的渐近行为。我们确认其渐近幂律发散的干扰过渡，但表明，精确确定的临界密度和临界指数是困难的，由于粘度的“多尺度”行为。此外，有限尺寸标度分析表明，这种分歧是伴随着一个不断增长的相关长度尺度，这也分歧代数。然后，我们研究了软排斥的效果，并提出了一个自然延伸的标准颗粒流变学，以考虑柔软度的影响，我们从模拟验证。接近堵塞过渡，这种“软颗粒流变学”提供了一个详细的描述软颗粒的非线性流变学，这不同于早期的经验缩放形式。
2015-04-03 cond-mat.soft
Numerical Study of the Stress Response of Two-Dimensional Dense Granular Packings
为了区分颗粒材料中应力传递的不同理论，我们研究了颗粒二维密集随机堆积的格林函数。我们的计算机模拟允许一个详细的定量调查的动态，这是很难获得实验。我们发现，双曲线和抛物线模型的应力传输未能预测正确的应力分布在研究区域的参数空间。我们表明，压缩和剪切分量的应力比较很好的预测的各向同性弹性的压力和孔隙度范围很广，摩擦和无摩擦填料。然而，本研究中使用的状态不包括摩擦颗粒的临界均衡点，因此我们的结果并不排除这样一个事实，即弹性修正可能出现在堵塞的临界点，或其他样品制备方案，如正文中所讨论的。我们表明，该协议持有在大部分的包装，以及在边界，我们验证的线性依赖的应力分布宽度与深度。
2006-08-03 cond-mat.soft
Microscopic foundation of the $μ$(I) rheology for dense granular flows on inclined planes
利用离散元法模拟了无摩擦和有摩擦颗粒沿斜面流下的致密颗粒层的宏观和微观特性。三个基本的观察致密颗粒流的恢复，即发生的临界应力，Bagnold速度分布，以及定义明确的摩擦和摩擦定律。晶粒运动的微观方面突出了瞬态团簇的形成。从这个微观的图片，我们推导出一个理论的缩放模型，没有任何经验的输入，定量地解释了倾斜平面和剪切几何形状的致密颗粒流的基本规律。模型和观测结果之间的适当性表明，颗粒流可以被看作是从硬球的热流体的流动。
2022-10-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Plane shear flows of frictionless spheres: Kinetic theory and 3D soft-sphere discrete element method simulations
我们使用现有的三维离散元模拟简单的剪切流的球体，以评估接触，使动力学理论正确预测的压力和剪切应力的径向分布函数，不同的值的碰撞恢复恢复系数。然后，我们进行3D离散元模拟的平面流动的无摩擦，非弹性的球体，剪切壁之间的凹凸不平的粘合颗粒在一个规则的阵列，在固定的平均体积分数和壁之间的距离。数值模拟的结果被用来推导适当的边界条件的情况下，大，小颠簸。然后，利用这些边界条件对扩展动力学理论的微分方程进行数值积分，其中在耗散率的表达式中考虑了体积分数大于0.49时分子混沌假设的打破。我们表明，扩展动力学理论是非常好的协议与数值模拟，即使恢复系数低至0.50。当颠簸增加时，我们观察到一些流动的颗粒被卡在壁球之间的间隙中。因此，壁比预期的耗散性更强，并且流动类似于简单的剪切流，即，体积分数和颗粒温度相当恒定的流动。
2014-06-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Jamming of Frictional Particles: a Non-equilibrium First Order Phase Transition
基于模拟结果和非平衡一阶相变的唯象Landau理论，提出了二维干颗粒剪切流动的相图。我们的方法包括摩擦以及无摩擦粒子。摩擦相图的最重要特征是在有限应力下的重入流动和临界堵塞点。在无摩擦极限下，重入区消失，堵塞过渡是连续的，临界点为零应力。从该模型导出的干扰相图与Bi等人（Nature（2011））的实验一致，并汇集了先前相互矛盾的数值结果。
2014-05-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Edwards thermodynamics of the jamming transition for frictionless packings: ergodicity test and role of angoricity and compactivity
本文阐述了如何平衡统计力学的工具可以帮助解释一个远离平衡的问题：堵塞过渡无摩擦颗粒材料。爱德华兹的想法包括提出一个统计合奏的体积和应力波动，通过热力学概念的熵，紧致性，X和angoricity，A（两个温度一样的变量）。我们发现爱德华兹热力学能够描述的干扰转变（J点）。使用系综形式主义，我们阐明了以下几点：（i）我们测试相结合的体积应力系综通过比较的统计特性的堵塞的配置获得的动力学与那些平均在系综的最小值的势能景观作为遍历性的测试。这两种方法之间的协议支持“热化”的想法，在给定的angoricity和压实。(ii)微正则系综分析支持了晶粒的最大熵原理。(iii)密集变量通过一系列标度关系描述干扰方法，如A { \to } 0+和X { \to } 0-。由于力-体积耦合，可以通过由A和X的贡献组成的“阻塞温度”TJ来精确地探测阻塞转变。(iv)热力学框架揭示了干扰相变的顺序，通过显示在干扰的压力和体积等可观测量的临界波动的情况下。(v)最后，我们阐述了与相关研究的比较，显示了微观状态的等概率故障。
2011-01-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Confinement controls the creep rate in soft granular packings
本研究针对软颗粒堆积体蠕变行为的调控问题，通过对水凝胶球堆积体施加全局约束应力的落球实验，发现两种蠕变机制并可通过重标统一，证明外载可精细调控软材料体相蠕变。
2024-04-08 cond-mat.soft
Merging fluid and solid granular behavior
本文通过颗粒模拟研究可变形颗粒的均匀剪切流，推导出流体和固体状态下各场变量的渐近标度关系，并合并为涵盖阻塞过渡区的唯象本构关系，揭示了软颗粒应力比需额外控制参数。
2016-09-23 cond-mat.soft
Granular aqueous suspensions with controlled inter-particular friction and adhesion
本研究通过碱性水解制备具有刺激响应表面的PMAA-Na颗粒，结合转鼓测试与AFM表征，揭示了离子价态、pH调控颗粒表面相互作用进而改变悬浮液摩擦与粘附特性的机制，为颗粒悬浮液流变研究提供了灵活平台。
2024-06-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Jamming transition in emulsions and granular materials
本文通过分子动力学模拟研究了乳状液和颗粒物质堆积过程中的堵塞转变。乳液模型由无摩擦液滴通过非线性法向力相互作用组成，所述法向力是使用通过共聚焦显微镜获得的压缩乳液系统的实验数据获得的。颗粒材料采用具有库仑摩擦的Hertz-Mindlin变形球形颗粒模型。在这两种情况下，我们发现幂律缩放的压力和多余的接触数的消失，系统接近从高体积分数的干扰过渡。我们发现，在制备过程中的压缩率参数化的建设历史有很强的颗粒材料的微观力学性能的影响，但不对乳液。这导致颗粒系统堵塞在不同的体积分数取决于历史。在乳状液和颗粒状材料中，在缓慢压缩速率和无限摩擦下，在接近堵塞转变的填料中发现了等静压性。颗粒间力的不均匀性随着填充物接近干扰转变而增加，这通过力分布的指数尾和测量力的空间局部化的参与数的小值来证明。然而，在结构特性中没有观察到干扰转变的特征，如径向分布函数和接触分布。
2005-01-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Tunable mechanical properties and air-based lubrication in an acoustically levitated granular material
James Franck Institute, University of Chicago（詹姆斯·弗兰克研究所，芝加哥大学）；Department of Physics, University of Chicago（芝加哥大学物理系）；Department of Physics, Drexel University（德雷塞尔大学物理系）；Department of Chemistry, Stanford University（斯坦福大学化学系）；Department of Radiology, Stanford University（斯坦福大学放射学系）；Department of Chemical Engineering, Stanford University（斯坦福大学化学工程系）
本研究通过声学悬浮技术调节颗粒材料的机械性能，并利用空气层实现润滑效果，探索大颗粒粘结环境下润滑的影响。
2024-12-17 cond-mat.soft
Phase Diagram for Inertial Granular Flows
硬颗粒材料的流动强烈地依赖于颗粒间摩擦系数$μ_p$和惯性数${\cal I}$，惯性数表征了流动停止的堵塞过渡的接近程度。在数值模拟的指导下，我们导出了球形颗粒的稠密惯性流的相图，发现$10^{-4} \lesssim {\cal I} \lesssim 10^{-1}$的三个区域：\textit{ frictionless, frictional sliding, }和{ \it滚动}。这些是由能量耗散的主要手段，从碰撞到滑动摩擦，并返回到碰撞，$μ_p$从零增加恒定${\cal I}$区分。这三个制度不同的动力学和流变学，特别是，速度波动和应力比都显示非单调行为与$μ_p$，对应于三个制度之间的过渡流。我们合理化{这些制度之间的相边界}，表明能量平衡产生的标度关系{微观属性}在每个人，和{推导出应变尺度粒子失去记忆的速度。对于摩擦滑动制度最相关的实验，我们发现${\cal I}\geq 10^{-2.5}$的宏观摩擦$μ({\cal I})$与${\cal I}$的增长是由碰撞耗散的增加。这意味着在该范围内，$μ({\cal I})-μ(0)\sim {\cal I}^{1-2b}$，其中$b\approx 0.2$是表征无量纲速度波动${\cal L}\sim {\cal I}^{-b}$和滑动接触密度$χ\sim {\cal I}^b$的指数。
2016-07-13 cond-mat.soft
Critical behaviors of jamming in cyclically sheared frictional hard granular particles
与无摩擦硬球填料（如果是二维的，则是硬盘）的堵塞形成鲜明对比的是，摩擦填料的临界堵塞更加难以捉摸，并且仍然处于激烈的争论之中。在这里，我们表明，摩擦硬盘包装自组织的临界堵塞状态附近时，受到准静态稳态循环剪切，显示粒子速度场的无标度波动，其特征在于由功率谱$E(k)\propto k^{-α}$的纵向和横向模式在波矢量空间，与$α\approx2.0\pm0.15$，和近平坦的频谱$E(ω)\propto const.$在角频域。我们的研究结果与S. Henkes等提出了两种不同的长度尺度，分别对应于纵向和横向模式，显示了干扰的临界行为。此外，我们的研究结果是一致的一般均衡的概念框架，但与一个关键的区别，系统自组织的一个关键的干扰状态，通过强耦合的机械结构和动力学。我们的研究结果对于提供理解非局部流变学的微观机制以及建立真实颗粒材料本构关系的指导原则具有重要意义。
2021-10-14 cond-mat.soft
Non-Local Particle Flows Become Local When Considering Dissipative Stress
Politecnico di Torino（都灵理工大学）；Lund University（隆德大学）
研究通过粒子解析模拟揭示非局部流变模型的起源，发现耗散应力和几何混合长度可恢复局部流变律并抑制亚屈服行为。
2026-05-07 cond-mat.soft
The Roles of Size, Packing, and Cohesion in the Emergence of Force Chains in Granular Packings
本研究通过计算模拟双分散颗粒系统在单轴压缩下的行为，探讨了颗粒尺寸差异、堆积规则性及内聚力对力链形成的影响，发现尺寸差异在规则堆积中促进力链形成但增大时导致无序和载荷集中，而内聚力增加则普遍减少力链。
2025-03-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
