Experiments in the penetration of cuboid intruders near walls into granular matter
当一个物体进入颗粒物质的边界附近，它会经历一个水平的排斥，由于入侵颗粒壁的相互作用。在这里，我们实验表明，一个正方体入侵者，从静止释放无初速度，靠近一个垂直的墙到它的左边，经历了三种不同的运动：它首先顺时针倾斜，然后“滑动”远离墙壁，最后逆时针倾斜。这种动态高度有利于排斥和渗透的长方体入侵者相比，观察到从它的释放远离墙壁
2021-12-04 cond-mat.soft
Constant speed penetration into granular materials: drag forces from the quasistatic to inertial regime
预测物体穿过颗粒介质时所受的力在工程、机车和岩土工程应用中具有重要意义。然而，目前的颗粒阻力模型在适用性和参数化方面差异很大，颗粒阻力本身的物理起源也是一个有争议的问题。在这里，我们进行恒速渗透实验，结合校准，大规模的分子动力学模拟，在高达2米/秒的速度，以测试影响的深度依赖的“流体静力学”拖曳力的速度。我们发现，入侵者周围的颗粒流场的演变调节深度相关的阻力的存在。此外，我们发现，所观察到的线性深度依赖性是相称的流动颗粒的质量。这些结果表明，随着冲击速度的增加，超过准静态制度，深度相关的阻力项变得交织在一起的惯性效应。
2019-10-08 cond-mat.soft
Studies of local jamming via penetration of a granular medium
我们提出了一系列的测量检查所需的穿透力，推动平板垂直通过一个致密的颗粒介质，特别是专注于含有介质的容器的底部边界的影响。我们的数据表明，在底部附近的穿透力的强烈影响的表面性质的底部边界，甚至许多晶粒直径以上的底部。此外，这些数据表明了穿透板通过介质与容器底部相互作用的固有长度尺度。该长度尺度对应于穿透板引起的局部堵塞的程度，其对板半径和底部边界附近的环境颗粒应力都具有平方根依赖性，但它与穿透速度和颗粒直径无关。
2004-04-26 cond-mat.soft
Penetration depth scaling for impact into wet granular packings
我们目前的实验测量的渗透深度的影响球到润湿颗粒介质。我们观察到，在液体饱和的情况下的渗透深度的比例与弹丸密度，尺寸和下降的高度在一种方式与干燥的情况下观察到的缩放一致，但渗透深度到饱和填料往往较小。这一结果表明，对于所观察到的冲击能量的范围，阻止力是由床内的颗粒之间的静态接触力设定的，并且液体的存在主要用于增强这些接触力。阻止力的增强对液体分数具有复杂的依赖性，伴随着液滴高度依赖性的变化，这必须是伴随间隙中液相构象变化的结果。
2015-01-25 cond-mat.soft
Prediction of the maximum penetration of a circular intruder in a two-dimensional granular bed from its early trajectory using Machine Learning
Center for Complex Systems, Physics Faculty, University of Havana（哈瓦那大学物理学院复杂系统中心）
本研究利用机器学习从早期轨迹预测圆形侵入体在二维颗粒床中的最大穿透深度，发现单一特征即可实现高精度预测，揭示了密度信息已隐含于早期冲击响应中。
2026-09-17 cond-mat.soft
Bending transition in the penetration of a flexible intruder in a 2D dense granular medium
研究了柔性梁在水平平板上二维稠密颗粒介质中的准静态侵彻问题。而不是一个类似屈曲的行为，我们观察到一个政权之间的过渡裂纹状的渗透，其中的纤维只显示出一个稳定的直线几何形状周围的小波动和弯曲政权，其中的纤维完全弯曲，并通过一系列的加载/卸载步骤的进展。我们表明，纤维的形状重构是由一个单一的无量纲参数：L/Lc，柔性梁L的长度比Lc，一个弯曲的弹性颗粒的长度尺度，取决于纤维的刚性和偏离堵塞包装分数的颗粒介质。此外，我们表明，在渗透实验过程中的弯曲过渡的动力学是渐进的，并伴随着在纤维附近的颗粒填充分数的对称性破缺。随着纤维的逐渐弯曲，空腔在纤维的下游生长，并且纤维上游的颗粒的积聚导致堵塞的颗粒簇的发展。我们讨论了我们的实验结果在一个简单的模型的框架内弯曲诱导压实，我们表明，弯曲过渡的速率只取决于控制参数L/Lc。
2017-08-07 cond-mat.soft
Tip angle dependence for resistive force into dry granular materials at shallow cone penetration
本研究通过离散元仿真探讨锥角对干颗粒材料浅层贯入阻力的影响，发现钝锥阻力显著高于现有模型预测值，进而提出基于停滞区作为有效圆锥体的修正模型，提高了宽锥角范围内的计算准确性。
2024-09-22 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
Projectile interactions in granular impact cratering
我们提出的证据之间的相互作用的球和容器的边界，以及两个球之间，介导的颗粒介质在撞击坑。底部边界的存在仅对具有浅填充的低跌落高度影响最终穿透深度，在这种情况下，令人惊讶的是，穿透变得更深。相比之下，侧壁的存在导致较少的穿透，并且还导致有效的排斥。两个球并排下落时也有斥力。
2008-06-04 cond-mat.soft
Sink vs. tilt penetration into shaken dry granular matter: the role of foundation
我们研究的行为，圆柱形的物体，因为他们陷入一个干燥的颗粒床流化由于横向振荡，为了阐明人类的建设和其他对象。有些出乎意料的是，我们发现，在很大的横向震动功率范围内，平底圆柱体垂直下沉，而那些底部有浅环的“基础”的圆柱体，除了下沉外，还会倾斜。当施加足够强的横向振动时，后一种情况似乎独立于基础的性质而占主导地位。我们能够再现所观察到的行为准二维数值模拟，并与入侵者的牛顿运动方程的帮助下的垂直下沉动力学。
2016-05-25 cond-mat.soft
Projectile-shape dependence of impact craters in loose granular media
我们报告的圆柱形弹丸从休息下降到一个干燥的，非粘性颗粒介质的穿透。圆柱体的长度、直径、密度和尖端形状都有明显的变化。对于深穿透，与圆柱体直径相比，数据折叠成单个标度律，其随总滴距的1/3幂、圆柱体长度的1/2幂和圆柱体直径的1/6幂而变化。对于浅穿透，射弹形状起着至关重要的作用，更尖锐的物体穿透更深。
2003-09-06 cond-mat.soft
Morphology Scaling of Drop Impact onto a Granular Layer
我们调查的影响，一个自由下落的水滴到颗粒层。首先，我们构建了一个相图的弹坑形状的两个控制参数，冲击速度和晶粒尺寸。低速撞击会在蓬松的颗粒状目标上形成更深的圆柱形弹坑。在高速撞击之后，我们观察到一个高于初始表面水平的凸起，而不是一个陨石坑。在中等冲击速度范围内也可以观察到内圈。定量地，我们发现了一个由撞击速度和颗粒层与水滴的密度比组成的无量纲数的弹坑半径的标度律。这个比例表明水滴变形对理解陨石坑形态至关重要。
2010-05-12 cond-mat.soft physics.geo-ph
Penetration of Rigid Rods, Flexible Rods, and Granular Jets into Low-Density Granular Media
Instituto de Física, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla（普埃布拉自治大学物理研究所）；Gulliver, CNRS, ESPCI Paris, Université PSL（高勒维尔实验室，法国国家科学研究中心，巴黎高等物理化工学院，巴黎文理研究大学）
研究了刚性杆、柔性杆和颗粒喷射体在二维颗粒床中垂直渗透的动力学，发现杆因床体密度不均快速偏离初始方向，旋转后沿曲线轨迹运动，短杆因惯性矩小更易偏离，长柔性杆易发生屈曲，而刚性杆穿透更深。
2026-03-28 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Stagnant Zone Formation in a 2D Bed of Circular and Elongated Grains under Penetration
当一个大的钝物体穿透到颗粒材料，力响应表现出初始的非线性关系与深度广泛归因于剪切堵塞停滞区的形成。我们提出了一个模型的实验研究2D颗粒系统，保留了常见的方面缓慢的颗粒渗透，如大深度的线性力法，同时也允许直接和精确测量的停滞区。我们还探讨了整个床的结构各向异性，并检查其内部和外部的停滞区的特点。最后，我们同时考虑凹细长颗粒形状（二聚体）的影响，并发现，虽然大多数结果不受影响，局部结构和应变之间的关系表明在停滞区有明显的脆弱性。
2018-12-19 cond-mat.soft
Energy dissipation of a sphere rolling up a granular slope: slip and deformation of granular surface
本文通过实验研究球体滚上颗粒斜坡时的滑移与沟槽形成，发现贯入深度仅由密度比标度，并据此定量预测球体运动及卡滞行为。
2023-12-05 cond-mat.soft
Penetration depth for shallow impact cratering
我们目前的数据渗透的各种领域，从休息下降到一个水平的非粘性颗粒介质。我们改进了我们早期的工作[Uehara { \it et al.}物理修订信函{ \bf 90}，194301（2003）]在三个方面。首先，我们通过保持这些参数中的一个不变而改变另一个，更系统地探索了球体直径和密度的行为。第二，我们制备的颗粒介质更具有可重复性;第三，我们更精确地测量穿透深度。新的数据支持了我们以前的结论，即穿透深度与球体密度的1/2幂、球体直径的2/3幂和总滴距的1/3幂成正比。
2005-03-14 cond-mat.soft
Investigation of Air Fluidization during Intruder Penetration in Sand
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
本研究采用CFD-DEM方法结合CPT实验，揭示沙中侵入体穿透时气流与颗粒的相互作用机制，明确穿透的四个阶段，为自主掘穴机器人等领域提供理论支撑。
2026-08-20 cond-mat.soft
Impact of a Liquid Drop on a Granular Medium: inertia, viscosity and surface tension effects on the drop deformation
提出了液滴撞击颗粒介质的实验研究方法。使用四种液体来改变物理性质：纯蒸馏水、2种浓度（1：1和1：2 v/v）的甘油水和浓度为0.1 g/l的吐温20水。改变液滴自由降落高度以获得10至2000之间的韦伯数（We）。结果表明，获得的弹坑形貌高度依赖于撞击液滴动能E_{K}。液滴扩散、后退和吸收过程中的不同行为被强调为流体粘度和表面张力的函数。实验吸收时间也评论和比较简化的理论模型。液滴最大延伸和弹坑直径分别与$We^{1/5}$和$E_K^{1/5}$成比例。在这两种情况下，发现的依赖性小于文献中报道的：$We^{1/4}$为固体或颗粒表面的下降影响和$E_K^{1/4}$为球形固体颗粒介质的影响。
2010-09-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.geo-ph
Note: "Lock-in accelerometry" to follow sink dynamics in shaken granular matter
了解侵入体在颗粒层中的渗透动力学不仅与基础物理学有关，而且与可能受地震影响的地区的沉积物或颗粒土壤上的地球物理过程和建设有关。虽然可以使用视频记录来跟踪入侵者在二维（2D）实验室颗粒床中的渗透，但是在非透明材料（例如普通沙子）的三维（3D）床中是无用的。在这里，我们提出了一种方法来量化的水槽动态的入侵者到横向动摇颗粒床的基础上的时间之间的相关性的信号从参考加速度计固定到动摇颗粒床，和探头加速度计部署在入侵者。由于其类似于锁定放大器的工作原理，我们称这种技术为锁定加速度计（LIA）。地震期间，一些土壤可能会失去承受剪切和变形的能力，导致沉降，有时还会因变形或倒塌而造成严重的建筑物损坏
2015-09-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.geo-ph
Scaling of liquid-drop impact craters in wet granular media
结合高速摄影与激光轮廓术，我们研究的动力学和形态的液滴在湿颗粒介质的冲击成坑-一个普遍存在的现象，许多重要的地质，农业和工业过程。通过系统地研究重要的变量，如冲击能量，撞击液滴的大小和颗粒床中的液体饱和度，我们发现了一种新的缩放的大小的冲击坑。我们表明，这种缩放可以解释考虑之间的平衡的碰撞液滴的惯性和冲击表面的强度。这种理论上的理解证实，独特的能量分配最初提出的液滴在干颗粒介质中的冲击成坑也适用于在湿颗粒介质中的冲击成坑。此外，我们表明，压应力，而不是剪切应力，控制颗粒的冲击坑。我们的研究丰富了一般颗粒撞击坑的图片，揭示了熟悉的现象，雨滴的颗粒介质的影响。
2015-10-27 cond-mat.soft
Gravity effects on a bio-inspired self-burrowing probe in granular soils
本文通过1/6g至15g重力实验评估仿生自埋入探头的贯入距离与能耗，并结合量纲分析验证其在太空和离心机环境中的适用性。
2024-02-28 cond-mat.soft
Granular impact cratering by liquid drops: Understanding raindrop imprints through an analogy to asteroid strikes
当颗粒状物质受到球体的撞击时，其表面会像液体一样变形，但它会像固体一样保留一个圆形的陨石坑。虽然固体颗粒撞击成坑的机理已经得到了很好的研究，但是我们对液滴撞击成坑的认识仍然非常有限。在这里，通过结合高速摄影与高精度激光轮廓术，我们调查液滴颗粒表面的冲击动力学和监测所产生的冲击坑的形态。令人惊讶的是，我们发现，尽管巨大的能量和长度的差异，颗粒状的液体滴的撞击坑遵循相同的能量缩放，并再现相同的陨石坑形态的小行星撞击坑。受这种相似性的启发，我们整合了来自行星科学的物理见解，来自流体力学的液体大理石模型和来自颗粒物理学的堵塞过渡概念，形成一个简单的理论框架，定量描述了颗粒介质中液滴印迹的所有主要特征。我们的研究揭示了雨滴对颗粒表面的影响机制，并揭示了降雨和灾难性小行星撞击之间的相似性。
2014-12-23 cond-mat.soft
The role of interstitial gas in determining the impact response of granular beds
我们研究的影响，一个固体球到一个细粒度的颗粒床。使用高速X射线照相术，我们跟踪球的运动和床填充分数的局部变化。改变初始填充密度以及环境气体压力，我们发现一个完全逆转的影响，间隙气体的床的冲击响应：气体和颗粒之间的动态耦合允许更容易渗透在最初松散的床，但阻碍渗透在更密集的填充床。局部堆积密度的高速成像表明，这些看似不协调的影响有一个共同的起源，在阻力床填充由间隙空气引起的变化。
2010-12-10 cond-mat.soft
Drop tower setup for dynamic light scattering in dense gas-fluidized granular media
稠密颗粒介质中的动力学研究具有挑战性。在这里，我们提出了一个装置，有利于气体流化的致密颗粒介质在微重力。的动力学的特点是使用扩散波光谱。我们证明，搅拌颗粒介质达到一个稳定的状态在下降塔飞行的几分之一秒。在微重力条件下得到的强度自相关函数显示出对样品体积分数和驱动强度的显著依赖性。在低体积分数和强驱动的相关合并的平台，而相关衰减非常缓慢，但在高包装分数连续。该装置允许独立设置样品体积分数和驱动强度，从而扩展了地面上致密颗粒动力学研究的可能性。
2016-06-10 cond-mat.soft
Effect of two parallel intruders on net work during granular penetrations
研究了单个被动入侵者对颗粒的影响。然而，多个入侵者彼此相隔一定距离所产生的冲击力，以及它们彼此靠近所产生的影响，在很大程度上尚未得到探讨。在这里，我们使用数值模拟和实验室实验来研究两个平行的杆垂直侵入颗粒介质，同时改变它们之间的间隙间距的力响应。我们还探讨了摩擦力的变化，入侵者的大小，和颗粒大小的力响应的效果。测量了两个杆在侵入深度上的净功（$W$），并通过模拟计算了颗粒在侵入持续时间上的瞬时速度。我们发现入侵者所做的功随着它们之间的距离而变化。我们观察到$W$在$\sim$ 3颗粒直径的间隙间距处的峰，其比在大分离（\textgreater 11颗粒直径）处的$W$大高达25%，超过其净功稳定。这个峰值可能是由于入侵者之间的粒子流较少，因为我们发现在峰值力周围的间隙处的粒子域中有大量的强力--被识别为力链。虽然更高的摩擦引起更大的力产生在入侵，入侵者之间的间隙间距，在那里产生的峰值工作保持不变。较大的入侵者的大小导致更大的净工作与峰值在$W$发生在略大的入侵者分离。总之，我们的结果表明，两个平行入侵者完成的峰值工作保持在一个狭窄的范围内，对大多数其他测试参数保持稳健。
2020-10-28 cond-mat.soft
A Statistical Model of Pressure Drop Increase with Deposition in Granular Filters
随着沉积物在颗粒过滤器中积累，维持恒定流体流速所需的滤床两端的压降可能增加。观察到两种压降增加模式。在慢砂过滤器中，压降在一定时间内保持不变，然后随滤液体积呈指数增加;在颗粒气溶胶过滤器中，压降从过滤过程开始随沉积物量呈线性增加。本文提出了均匀沉积和非均匀沉积的新概念。根据这些新概念开发了一个统计模型。该非线性模型能够再现所观察到的压降增加模式，包括线性模式。本模型和实验测量之间获得了极好的协议。结果表明，两种压降增长模式是由不同的沉积物分布引起的，而不是由不同的压降增长机制引起的。
2014-04-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Effect of boundary vibration on the frictional behavior of a dense sheared granular layer
我们报告的三维离散元方法（DEM）模拟的结果，旨在调查的作用，边界振动诱导剪切颗粒层的摩擦弱化。我们研究的作用，不同的振动振幅施加在不同的剪切应力水平，在粘滑制度和稳定滑动制度的颗粒层。结果报告的摩擦下降和动能释放与摩擦弱化事件。我们发现，较大的振动振幅诱导较大的摩擦弱化事件。结果表明，一个阈值以下，没有诱导摩擦弱化发生的证据。摩擦滴的大小被发现是依赖于在振动时的剪切应力。一个显着的增加之间的比例的滑动接触的数量在颗粒层中的粘附接触的数量观察到大的振动振幅。这些振动诱导的接触重排增强颗粒移动并诱导摩擦下降和动能释放。这一观察结果提供了一些洞察力的颗粒尺度机制的摩擦削弱边界振动在一个致密的剪切颗粒层。除了描述振动诱发剪切弱化的基本物理特性外，我们还试图了解断层在地震波作用下是如何破坏的。这是众所周知的动态地震触发现象。我们相信，颗粒物理学是理解这一点的关键。
2014-01-24 cond-mat.soft physics.geo-ph
Roles of packing fraction, microscopic friction and projectile spin in cratering by impact
本文通过DEM计算研究了弹丸撞击颗粒介质的成坑力学，发现弹丸下方致密区导致反弹，固体摩擦影响坑形态，初始自旋增加穿透长度，堆积分数差异引发标度定律多样性，并提出统一现有相关性的标度。
2023-11-25 cond-mat.soft physics.geo-ph
Impact of viscoelastic polymer solution droplets on a granular bed
University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）
通过实验研究粘弹性聚环氧乙烷液滴撞击干颗粒床的成坑动力学，发现粘弹性使过渡区出现在更低撞击能量，表明粘弹性改变了撞击能量在液滴变形与颗粒床耗散之间的分配。
2026-05-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Scaling and dynamics of sphere and disk impact into granular media
直接测量球体和圆盘撞击颗粒介质的加速度，揭示了简单的幂律缩放以及复杂的动力学，这些动力学具有流体和固体行为的特征。穿透深度与冲击速度成线性比例，而对于足够大的冲击速度，碰撞持续时间是恒定的。这两个量都表现出幂律依赖于球体直径和密度，以及重力加速度。撞击过程中的加速度有两个跳跃：一个是在初始接触时快速的速度依赖性增加，另一个是在撞击物体静止时类似的急剧的深度依赖性减少。检查在这些功能附近的球体上测得的力导致一个新的实验为基础的颗粒碰撞力模型。我们讨论了我们的研究结果的背景下，最近提出的现象学模型，捕捉定性的动态特性的影响，但失败的定量和无法捕捉显着的加速度波动，发生在穿透过程中，这取决于受影响的材料。
2007-09-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Clustering instability in a freely falling granular jet
本文研究了由100微米玻璃球组成的自由下落颗粒射流的聚团不稳定性。从圆形喷嘴流出的颗粒流开始在空间上是均匀的，然后在更下游处分解成明确定义的簇。通过将环境空气压力降低到1/5000大气压，研究了空气在这种现象中的作用。一种光学方法被用来测量流中的不均匀性，以量化的集群的增长。在最低压力下观察到聚集，并且空气的存在导致较大的液滴，但不会引发液滴形成。分析表明，液滴尺寸由喷嘴处颗粒尺寸的波动来设定。
2006-04-03 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
An experimental study of low-velocity impacts into granular material in reduced gravity
为了提高我们对着陆小天体和小行星演化的理解，我们使用新型落塔设施进行了低速（2-40 cm s^-1）、浅撞击实验，将直径10 cm的铝球在低有效重力（~0.2-1 m s^-2）下撞击石英砂。使用现场加速度计，我们测量的加速度曲线的影响，并确定峰值加速度，碰撞持续时间和最大穿透深度。我们发现，穿透深度与碰撞速度成线性比例，但在实验范围内测试的有效重力是独立的，并且碰撞持续时间是独立的有效重力和碰撞速度。在任何实验中都没有观察到反弹。我们的低重力实验结果表明，从准静态制度的惯性制度的过渡发生的碰撞能量两个数量级小于在地球重力下的类似的碰撞实验。较低的能量状态变化可能是由于在我们的实验中表面材料的流体动力学阻力增加，但也可能支持准静态状态随着有效重力变低而减少的概念。
2017-02-20 astro-ph.EP cond-mat.soft physics.geo-ph
Success and failure of the spreading law for large drops of dense granular suspensions
实验研究致密颗粒悬浮液大液滴在固体表面的铺展，发现重力驱动幂律在液滴高度降至颗粒尺寸量级时因颗粒冻结而失效。
2024-06-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Skinny emulsions take on granular matter
在过去的20年里，我们对泡沫和乳液的结构特征的理解有了显著的进步。然而，随着对“超稳定”液体分散体的研究，泡沫和乳液科学采用越来越复杂的配方，这些配方在气泡/液滴表面产生固体状粘弹性层。这些导致气泡/液滴之间的弹性力、粘附力和摩擦力，强烈影响它们如何相互挤压和变形，要求对当前可用的结构描述进行调整。系统地改变界面性质的可能性使这些分散体成为探索具有复杂相互作用的软颗粒材料的理想体系。我们在这里提出了第一个系统的分析，这样一个系统的结构特征，使用模型硅乳液含有毫米大小的聚乙二醇滴（PEG）。通过在PEG-硅酮界面处的聚合物交联反应获得固体状液滴表面。使用一种新的液滴显微操作器，我们强调两滴之间的弹性，粘性和摩擦的相互作用的存在。然后，我们提供了第一次完整的断层分析这些乳液的结构特征。对不同皮肤配方的休止角、局部体积分数分布、配对关联函数和液滴变形的深入分析使我们能够证明具有流体状液滴表面的“普通”乳液的显著差异。虽然可以得出与摩擦硬球系统的强烈类比，但由于液滴的高变形性，这些系统显示出一系列独特的特征，有待系统的探索。
2018-09-19 cond-mat.soft
Drop impact on wet granular beds: water-content effects on the cratering
本文通过实验研究液滴撞击不同粒径和含水量的湿颗粒床，发现飞溅与成坑行为由基底断裂及撞击、穿透、接触时间尺度的竞争决定。
2024-04-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dynamics of wetting explored with inkjet printing
一种喷墨打印机头，这是能够沉积液滴的分辨率为$22$皮升和高重复性，被用来调查的润湿动力学的液滴打印在一个水平面上，以及在一个颗粒单层。对于水平面上的固着液滴，我们从侧面观察图像表征接触角滞后、液滴体积和接触线动态。我们表明，蒸发速率的尺度与接触线的尺寸，而不是下降的表面积。我们证明，该系统演变成一个封闭的循环后，重复的沉积-蒸发过程中，由于高重复性的印刷设施。最后，我们扩展到一个颗粒单层的调查，以探讨液体沉积和颗粒之间的相互作用。
2017-02-20 cond-mat.soft
Accelerated drop detachment in granular suspensions
我们使用具有不同体积分数（= 15%至55%）和粒径（d = 20 μm至140 μm）的密度匹配模型悬浮液，实验研究了颗粒悬浮液滴的分离。我们表明，在脱离过程的开始，悬浮液的行为作为一个有效的流体。在这种制度下的脱离动力学可以完全由悬浮液的剪切粘度来描述。在分离的后期，动力学变得与体积分数无关，并且被发现与组织间液的动力学相同。令人惊讶的是，目视观察显示，在这个阶段，颗粒仍然存在于颈部。我们怀疑是粒子的重排局部释放了晶粒的颈部，导致了观察到的动力学。接近最终夹断时，与纯组织间液的动力学相比，悬浮液的分离进一步加速。这种加速可能是由于颈部直径达到颗粒尺寸的数量级，并且液体线的连续变薄不再可能。不同脱离状态之间的交叉是晶粒尺寸和初始体积分数的函数。我们的特点作为一个功能的晶粒尺寸和体积分数的整体加速度。
2011-08-11 cond-mat.soft
Low-speed impact craters in loose granular media
我们报告的陨石坑形成的球下降到干燥，非粘性，粒状介质。通过球密度$ρ_{b}$、直径$D_{b}$和下落高度$H$的显式变化，确认弹坑直径与撞击时球能量的1/4幂成比例：$D_{c}\sim(ρ_{b}{D_{b}}^{3}H)^{1/4}$。出乎意料的是，发现了一个不同的陨石坑深度的比例定律：$d\sim({ρ_{b}}^{3/2}{D_{b}}^{2}H)^{1/3}$。还建立了与介质性质的标度关系。弹坑深度对颗粒力学具有重要意义，因为它与球上的停止力有关。
2003-03-25 cond-mat.soft
Probing dissipation in spreading drops with granular suspensions
在这篇文章中，我们研究了密度匹配的颗粒悬浮液的液滴在固体表面上的扩散。粒径分布的双分散性通过突出润湿动力学的关键要素丰富了从单分散实验得出的结论。在所有情况下，动态接触角和接触线速度之间的关系遵循与简单流体类似的关系，尽管颗粒的存在引入了复杂性。我们从这个关系中提取的悬浮液的表观润湿粘度，不同于在散装测量。由实验测量支持的量纲分析产生液滴内部区域的大小的估计，其中动态接触角的值取决于粘性耗散和毛细管应力的平衡。取决于颗粒尺寸如何与该粘性截止长度进行比较，在确定表观润湿粘度的值时似乎是至关重要的。对于双峰共混物，粒度比可用于显示接触线处的局部结构和体积分数的影响，这两者都影响相应的润湿粘度的值。
2022-12-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Sensitive dependence of the motion of a legged robot on granular media
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；Northwestern University（西北大学）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）
研究六足机器人SandBot在颗粒介质上的运动，发现其速度敏感依赖堆积分数与肢体频率，调整步态参数可提升速度，提出旋转行走运动学模型并揭示需深入理解颗粒介质物理。
2026-10-23 cond-mat.other cond-mat.soft cs.RO
Hybrid continuum-discrete simulation of granular impact dynamics
颗粒冲击-固体物体动态侵入颗粒介质-广泛应用于包括岩土工程在内的科学和工程应用。现有的颗粒冲击动力学模拟方法要么依赖于纯离散方法，要么依赖于纯连续方法。然而，从计算的角度来看，这两种方法都不是最佳的。在这里，我们介绍了一种混合连续离散的方法，建立在耦合的物质点和离散元法（MP-DEM），模拟颗粒冲击动力学无与伦比的效率。为了适应高度复杂的固体-颗粒相互作用，我们增强了现有的MP-DEM配方与三个新的成分：（i）一个强大的接触算法，耦合的连续体和离散部分，没有任何极端的冲击载荷下的相互渗透，（ii）大变形运动学采用乘法弹塑性，和（iii）一个跨相本构关系捕获颗粒介质的气化。为了验证，我们还生成实验数据，通过实验室测量的固体球落在干沙的冲击动力学。仿真实验表明，所提出的方法可以很好地再现颗粒碰撞动力学的冲击力，侵入深度，飞溅模式。此外，通过对材料特性、模型配方和数值方案的参数研究，我们确定了成功进行颗粒冲击动力学连续-离散模拟的关键因素。
2022-03-30 cond-mat.soft physics.geo-ph
Spreading of a 2D granular analogue of a liquid puddle: predicting the structure and dynamics through a continuum model
当沙子从漏斗流到表面上时，通过摩擦稳定的三维桩随着它的扩散而变高。在这里，我们研究了一个理想化的二维模拟：一堆单分散油滴在边界处的传播。在我们的系统中，液滴是浮力的，粘性的，与沙子相反，这里的摩擦可以忽略不计。漂浮的液滴一次一个地被添加到堆中。随着骨料的增长，它达到一个临界高度，2D桩在屏障上展开。我们发现，虽然粒度是重要的，生长过程是一个连续的液体。我们定义了“颗粒毛细长度”，类似于液体中的毛细长度，它通过浮力和粘附力的平衡来设定聚集体的临界高度。在粗粒度水平上，颗粒毛细管长度能够描述系统的稳态特性和动态特性，而在颗粒水平上，重复的坍塌事件在桩的形成中起着关键作用。
2022-12-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Granular focused jet
本文通过跌落实验和离散元模拟研究非流化颗粒床中聚焦射流的形成，揭示其与液体射流共享运动学聚焦机制，但高堆高下因颗粒接触耗散导致速度随堆高降低。
2025-08-16 cond-mat.soft
Raindrop impact on sand: a dynamic explanation of crater morphologies
当液滴撞击在颗粒状基底上时，侵入物和目标都变形，在此期间液体可以渗透到基底中。这三个方面共同区别于文献中的其他撞击现象。我们进行高速，双激光轮廓测量和解开的动力学分为三个方面：在冲击过程中的基板的变形，液滴的最大传播直径，和液体渗透到基板。通过系统地改变基板的冲击速度和填充分数，（i）基板变形表示一个临界填充分数$ϕ^*\approx 0.585$ ;（ii）最大液滴扩散直径被发现与韦伯数的比例由基板变形校正;和（iii）关于液体渗透的模型被建立，并用于解释所观察到的火山口形态转变。
2015-06-25 cond-mat.soft
Penetrating a granular medium by successive impacts
本文研究了垂直圆柱体在连续撞击作用下对干燥颗粒介质的侵彻动力学问题。自由表面$z_N$下方的冲击器深度首先随冲击数$N$线性变化，然后遵循幂律变化$z_N \propto N^{1/3}$。在给定的撞击次数后，观察到圆柱体所达到的深度随着撞击能量的增加而增加，但随着其直径和颗粒介质的密度而减小。我们开发了一个模型，占准静态和惯性颗粒力施加在圆柱体合理化我们的意见。这种方法揭示了大的和小的影响数的两个入侵制度的存在，允许所有数据被重新调整的主曲线。然后，我们将研究扩展到侧壁对冲击器动力学的影响。我们发现，横向限制的影响数$z_N (N)$上的冲击器深度的依赖性的变化。考虑到颗粒阻力随横向约束的增加，这种影响被占。
2022-11-10 cond-mat.soft
The effect of limb kinematics on the speed of a legged robot on granular media
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；Northwestern University（西北大学）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）
该研究以腿式机器人SandBot为对象，探究肢体运动学对其在颗粒介质上运动速度的影响，结合运动学模型与各向异性颗粒穿透力定律，明确高性能步态的参数范围及最大化性能的条件。
2026-11-09 cond-mat.soft cs.RO physics.bio-ph
Freezing delay of a drop impacting on a monolayer of cold grains
研究低湿度环境下液滴撞击冷颗粒单层的亚冻结场景，发现过冷度超过阈值时颗粒层可推迟液滴体冻结，其机制是润湿孔隙的液体快速冻结改变了液滴动态行为，甚至能阻止液体渗透并脱落结冰。
2024-03-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dynamics of shallow impact cratering
我们目前的数据的时间依赖性的木球渗透到一个松散的非粘性包装的玻璃珠。停止时间是以撞击速度$v_\circ$行进总穿透距离$d$所需的时间$d/v_\circ$的三倍。加速度在整个碰撞过程中单调减小。这些运动学建模的位置和速度依赖的停止力，约束再现以前的观察的总滴距离的穿透深度的缩放。
2005-06-28 cond-mat.soft
Impact-induced energy transfer and dissipation in granular clusters under microgravity conditions
利用微重力实验研究了无围壁颗粒靶中碰撞能量的传递和耗散。在实验室落塔中，固体弹丸以低撞击速度（$0.045 \leq v_p \leq 1.6$ ~m~s $^{-1}$）撞击颗粒靶。由软颗粒或硬颗粒组成的颗粒簇被用作靶。多孔粉尘团块和玻璃珠分别用于软颗粒和硬颗粒。用高速摄影机记录颗粒状靶团的膨胀过程。利用实验数据，我们发现：（i）~一个简单的能量标度可以解释软颗粒和硬颗粒靶中的能量传递;（ii）~碰撞动能从碰撞点各向同性地传递到靶上;（iii）~传递的动能是弹丸初始动能的$2$ ~-~ $7$。能量传递的耗散-扩散模型可以定量地解释这些行为。
2018-11-13 astro-ph.EP cond-mat.soft
Onset of thermal convection in a horizontal layer of granular gas
本文应用Navier-Stokes颗粒流体动力学方法研究了水平无限大颗粒气体层中热对流的阈值。对流阈值的依赖性，在粒子碰撞的非弹性，弗劳德和努森numbers.A简单的必要条件，制定在史瓦西准则，众所周知的（可压缩）经典流体的热对流。对流细胞的形态在发病时确定。当弗劳德数很大时，弗劳德数就不存在了。当弗劳德数趋于零时，对流不稳定性转变为最近发现的相分离不稳定性。
2002-12-06 cond-mat.soft nlin.PS physics.flu-dyn
Unified force law for granular impact cratering
固体物体低速撞击粒状介质的实验既被用来模拟地球物理事件，也被用来探测物质粒状状态的不寻常性质。观测结果被解释为相互冲突的阻止力：投射物深度和速度的幂的乘积;线性速度;常数，与初始撞击速度成比例;与深度成比例。这让人想起19世纪和20世纪的高速弹道学撞击，当时提出了大量的经验规则。为了取得进展，我们开发了一种方法来测量100 nm和20 us精度的弹丸动力学。对于一个直径为1英寸的钢球从很宽的高度范围内下降到非粘性玻璃珠，我们再现以前的观察，无论是作为合理的近似值或限制行为。此外，我们证明了弹丸与介质之间的相互作用可以分解为速度相关的惯性阻力和深度相关的摩擦。因此，我们实现了一个统一的低速冲击现象的描述，并表明，颗粒状材料的复杂响应的影响，而从根本上不同于液体和固体，可以简单地理解。
2007-03-02 cond-mat.soft
Equation of State of Wet Granular Matter
本文导出了毛细管相互作用的非平衡几率流的理论，它决定了接触附近的电子对关联函数。这产生了一个分析表达式的状态方程，P = P（N/V，T），湿颗粒物质的D=2维，有效的完整的密度范围从气体堵塞。在颗粒温度T<T_c时，被驱动的湿颗粒物质表现出类范德华不稳定分支，对应于团簇的一级偏聚转变。对于实际的液桥破裂长度s_crit=0.07 d，临界点位于T_c = 0.274 E_cb。虽然临界温度对破裂长度的依赖性很弱，但临界密度phi_c与s_crit成比例，即s_crit = 4d（sqrt（phi_J / phi_c）-1）。偏析过渡密切相关的沉淀颗粒液滴报告的自由冷却的一维湿颗粒物质[物理评论快报。97，078001（2006）]，并将该效应扩展到更高维系统。由于粘性键的极限情况，E_cb >> T，是相关的聚集在一般情况下，模拟已被执行，这表明非常好的协议与理论预测的毛细键的配位K作为键长s_crit的函数。这一结果意味着，颗粒粘在表面，s_crit=0，形成均衡集群。
2007-08-27 cond-mat.soft
The Scaling of Triboelectric Charging Powder Drops for Industrial Applications
本文通过小、中、大尺度粉末落料与法拉第杯实验，发现颗粒摩擦起电随质量呈 $Q\propto m^b$ 的亚线性标度，且该规律跨粉末类型和湿度成立。
2025-07-23 cond-mat.soft
