Behavior of confined granular beds under cyclic thermal loading
本文采用非光滑接触动力学方法，研究了不规则多面体颗粒受限颗粒堆积在反复加热和冷却循环下的力学行为。假设均匀的温度分布以及恒定的温度速率，我们研究了容器的形状，和热膨胀系数的围壁处的压力建立和密度演变的效果。我们观察到，在封闭的开口角的小的变化可以导致急剧的峰值压力降低。此外，在几个热循环的位移场，我们发现的对流细胞内的形状的环形颗粒材料的形成。然后，从位移场计算涡量的均方根，并建立对热膨胀系数比的二次依赖性。
2019-01-28 cond-mat.soft
Onset and cessation of motion in hydrodynamically sheared granular beds
我们进行了分子动力学模拟的颗粒床驱动的模型流体动力学剪切流，以阐明一般颗粒尺度的机制，确定泥沙输运的开始和停止。通过改变希尔兹数（在床的顶部的无量纲剪切应力）和颗粒雷诺数（颗粒惯性粘性阻尼的比率），我们探讨了流体流速，颗粒惯性和流体粘度的变化如何影响床运动的开始和停止。对于低到中等颗粒雷诺数，临界边界分离的移动和静态。当从上面和下面接近这个边界时，这些状态之间的过渡时间会有所不同。在高颗粒雷诺数下，惯性效应占主导地位，并且颗粒运动可以维持在远低于发生静态床移动的流速下。我们还发现，床运动的发病（低和高颗粒雷诺数）描述的威布尔最弱环节的统计，因此是至关重要的依赖于颗粒床的填充结构，甚至深的表面下。
2015-10-06 cond-mat.soft
Dynamic Rearrangements and Packing Regimes in Randomly Deposited Two-Dimensional Granular Beds
研究了由源线随机沉积制备的二维颗粒堆积的结构性质。我们考虑一类随机弹道沉积模型的基础上控制的临界角的单颗粒松弛规则，我们表明，这些地方的规则可以制定为滚动摩擦的框架内的动态方法模拟粒状材料。我们发现，随机沉积模型制备的包装一般是不稳定的，并进行动态重排。结果表明，在相同的临界角下，动态法比几何模型有系统地得到更高的固相率。我们的特点的结构，由这两种方法产生的固体分数，接触连接性和各向异性的包装。我们的分析提供了四个包装制度作为固体分数的函数，包装增长的机制是不同的，在每个政权的证据。
2002-07-30 cond-mat.soft
Craters Formed in Granular Beds by Impinging Jets of Gas
当气体射流垂直撞击颗粒床并形成火山口时，颗粒可能会通过几种不同的机制移动：粘性侵蚀，扩散气体喷发，承载能力失效和/或扩散驱动剪切。这些机制的相对重要性取决于气体的流动状态、颗粒材料的机械状态和其他物理参数。在这里，我们报告的研究在两个特定的制度：粘性侵蚀形成冲刷坑作为一个功能的颗粒大小和重力;和承载能力故障形成深瞬态火山口作为土壤压实的功能。
2009-05-29 astro-ph.EP cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dynamics of magnetoelastic robots in water-saturated granular beds
研究磁弹性机器人在水饱和颗粒床中的波动挖洞动力学，借助介质可视化与Lighthill细长体理论分析推力、阻力及速度，揭示动态洞穴形成与模型偏差。
2023-09-28 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Scale-free channeling patterns near the onset of erosion of sheared granular beds
侵蚀塑造了我们的景观，当流体对沉积层施加足够的剪切应力时，就会发生侵蚀。是什么在微观层面上控制侵蚀仍然存在争议，特别是在临界点附近，迫使它停止。在这里，我们研究实验的集体动力学的移动粒子，使用一个设置，系统自发地演变对侵蚀发病。我们发现侵蚀通量的空间组织在空间上是不均匀的，并且沿着局部通量$σ$的通道发生，其分布在阈值附近显示缩放并且遵循$P(σ)\sim J/σ$，其中$J$是平均侵蚀通量。通道在强迫方向上有很强的相关性，但在横向上没有。我们表明，这些结果定量同意的模型，其中的动力学是由无序（通道移动粒子）和粒子相互作用（减少沟道）的竞争。这些观察结果支持，层流，侵蚀是一个动态的相变的份额相似的塑性脱钉过渡发生在肮脏的超导体。我们在这里介绍的方法也可以应用于探测这些系统。
2016-06-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech 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
Plug regime in water fluidized beds in very narrow tubes
本文采用实验和数值模拟相结合的方法，研究了细管内水流化床中颗粒塞的动力学行为。流化床在25.4 mm内径的管中形成，并由直径为6 mm且比重为3.69的氧化铝珠粒组成;因此，管直径与颗粒直径之比为4.23，这被认为是非常窄的情况。三个不同的床被安排，由250，400和500珠，和两个水流速施加，分别对应于0.137和0.164米/秒的表观速度和雷诺数的基础上的管直径为3481和4177。在这些条件下，有可能观察到形成的颗粒塞，传播的特征长度和速度。在实验中，我们用高速摄像机拍摄流化床，并通过使用数值脚本自动识别和跟踪沿图像的塞。对于数值部分，我们使用耦合CFD-DEM（计算流体动力学-离散元方法）代码进行模拟，连同数值脚本来识别和跟踪颗粒塞。首次从实验和数值模拟两方面得到了窄管内颗粒塞的长度尺度和速度，两者吻合较好。
2020-03-31 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Field Driven Charging Dynamics of a Fluidized Granular Bed
一个简化的模型先前已经描述了在外部电场存在下碰撞的相同颗粒的感应充电。在这里，我们扩展了该模型，包括异质表面电荷分布，晶粒旋转和颗粒之间的静电相互作用。我们发现，从这个更现实的模型，强烈的异质性充电可以发生在搅拌颗粒床，我们预测，由于这些异质性屏蔽可以显着改变在这样的床的充电速率。
2016-08-11 cond-mat.soft physics.comp-ph
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
Effect of sub-critical fluid shear flow on granular bed strength
Yale University（耶鲁大学）；Stanford University（斯坦福大学）；The City College of New York（纽约市立大学）
研究通过离散元模拟揭示了亚临界流体流对颗粒床方向性增强和削弱的机制，发现床体强度与可被流体力松动的表面颗粒比例相关，且该各向异性强度持续时间由 Shields 数决定。
2026-04-16 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
Compaction and dilation rate dependence of stresses in gas-fluidized beds
采用基于颗粒动力学的混合模型，由单分散球形固体颗粒和体积平均气体流体动力学组成，研究了窄截面气体流化床中形成的空洞的平面行波（一维行波）。通过系综平均在一个共同的旅行框架，我们计算固相连续变量（局部体积分数，平均速度，应力张量和颗粒温度）的波，并检查它们之间的关系。我们探讨这种计算得到的关系和本构模型的动力学理论颗粒物质，这是广泛使用的双流体建模方法流化床之间的一致性。我们表明，固相连续变量表现出明显的“路径依赖”，这是不捕获常用的动力学理论为基础的模型。我们发现，这种路径依赖性与发生在波的膨胀和压缩率大。我们还研究了在床的粘性颗粒，产生相同的路径依赖的固相连续变量之间的关系。我们的研究结果都为床的粘性和非粘性颗粒表明，路径依赖的本构模型需要开发。
2006-08-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The Dynamics in Vibro-fluidized Beds: A Diffusing Wave Spectroscopy Study
本研究通过扩散波谱法测量振动流化床中聚苯乙烯球的均方位移，揭示其致密化过程及亚扩散幂律行为，表明在低激发下系统可能进入玻璃态。
2025-03-01 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
Intruder penetration into granular matter studied by Lock-in Accelerometry
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。在这项工作中，我们使用Lock-in加速度计来研究入侵者对准二维颗粒物质的横向振动流化的渗透。我们观察到，有两个明确的阶段，在渗透动力学的入侵者沉入颗粒状材料。
2016-09-29 cond-mat.soft
Arch-based configurations in the volume ensemble of static granular systems
我们提出了另一种方法来计算重力下考虑拱的颗粒包的微观静态配置。这种策略简化了过滤掉机械不稳定的配置的问题，为通过系综理论研究一系列颗粒模型开辟了道路。根据这种拱为基础的方法，我们已经获得了精确的状态密度的二维非相互作用刚性拱模型的颗粒集合。计算出的拱形尺寸分布和体积波动与现实的模拟挖掘颗粒床定性协议。我们还通过与准一维无摩擦圆盘柱极限情况的解析解进行比较来验证我们的计算。
2014-11-27 cond-mat.soft
The manifold rheology of fluidized granular media
该研究通过跨越八个数量级的剪切速率测量，揭示了流化颗粒介质的多种流变行为，并利用颗粒积分穿越瞬态理论统一描述了这些行为。
2023-09-01 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Stress-dependent electrical transport and its universal scaling in granular materials
我们实验和数值研究应力依赖的电输运颗粒材料，以阐明其普遍的介电响应的起源。在不同的压缩载荷下的颗粒系统的交流响应一致地表现出从低频率下的电阻平台到高频率下的几乎恒定的损耗状态的过渡。通过使用对应于电导分散和测量的直流电阻的发病的特征频率作为标度参数来归一化测量的阻抗，在不同的应力状态下的光谱的结果崩溃到一个单一的主曲线，揭示了明确的应力无关的普遍性。为了模拟这种电传输，在规定的填充结构的基础上构建接触网络，然后通过考虑单个颗粒之间的相互作用来建立电阻器-电容器网络。在这个模型中，频率依赖的网络响应有意义地再现了实验观察到的主曲线所表现出的颗粒材料在各种正常的应力水平下，表明这种普遍的标度行为被发现是由i）颗粒之间的界面特性和ii）网络配置。研究结果表明，有必要考虑接触形态和包装结构建模的电响应，使用基于网络的方法。
2019-10-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Self-organisation in hard-soft granular mixtures
Kajima Technical Research Institute (KATRI)（鹿岛技术研究所）；Tokyo University of Marine Science and Technology（东京海洋大学）；University of Tsukuba（筑波大学）；Gonville & Caius College, University of Cambridge（剑桥大学贡维尔与凯斯学院）
本研究通过数值模拟揭示硬-软颗粒混合物中胞元统计的自组织规律，发现其具有准普适性，并可用统一模型描述。
2026-09-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamics of a tracer granular particle as a non-equilibrium Markov process
本文研究了示踪粒子在稳态驱动颗粒气体中的动力学行为。我们展示了如何将描述示踪剂动态的线性玻尔兹曼方程转化为连续马尔可夫过程的主方程。转捩速率取决于气体的定常速度分布。当气体具有高斯速度概率分布函数（pdf）时，示踪剂的静止速度pdf在较低温度下是高斯的，并且对于恢复系数$α$的任何值都满足细致平衡。一旦气体的速度pdf偏离高斯形式，就违反了细致平衡。该非平衡态可以根据在持续时间$τ$的轨迹上定义的Lebowitz-Spohn作用泛函$W(τ)$来表征。我们讨论这个功能和类似的功能$\bar{W}(τ)$，它不同于第一项是非广泛的时间的属性。一方面，我们表明，在数值实验中，即在有限时间$τ$，这两个泛函有不同的波动和$\bar{W}$总是满足Evans-Searles-like对称性。另一方面，我们不能观察到Lebowitz-Spohn-Gallavotti-Cohen（LS-GC）关系的验证，这是$W(τ)$在非常大的时间$τ$所期望的。我们给出了一个参数的可能失败的LS-GC关系在这种情况下。我们还建议在实验中测量$W(τ)$和$\bar{W}(τ)$的实用配方。
2005-09-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Equilibrium distribution of the liquid phase in an unsaturated granular material
针对非饱和颗粒介质中重力与毛细力竞争决定液相结合分布的问题，本文用 Langevin 方程推导出 funicular 状态下的 Boltzmann 分布，并经不同多分散度样品的电导率实验验证。
2025-07-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.geo-ph
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
The role of grain dynamics in determining the onset of sediment transport
当床面处的无量纲流体剪切应力$Θ$超过最小值$Θ_c$时，发生沉积物输运。大量的数据（称为希尔兹曲线）表明，$Θ_c$主要是剪切雷诺数${\rm{Re}}_*$的函数。通常认为，当与${\rm Re}_*$相关的流体力太大而不能维持典型表面颗粒的静力平衡时，发生$Θ>Θ_c({\rm{Re}}_*)$。一种相对未被探索的补充方法是将$Θ_c({\rm{Re}}_*)$确定为颗粒不能停止移动的所施加的剪切应力。关于颗粒动力学，${\rm{Re}}_*$可被视为颗粒与流体流平衡的粘性时间尺度除以在特征床粗糙度上加速颗粒的流体力的典型时间。我们进行了模拟颗粒床剪切模型流体，只改变这两个时间尺度。我们发现，从模型中得到的临界希尔兹数$Θ_c({\rm Re}_*)$模仿希尔兹曲线，是不敏感的粮食性质，模型流体流动，和形式的阻力定律。模型结果和希尔兹曲线之间的定量差异与以前计算的不同${\rm Re}_*$的升力一致。由于晶粒重组动力学的差异，低${\rm Re}_*$的晶粒比高${\rm{Re}}_*$的晶粒发现更稳定的构型。因此，代替集中在床表面处的典型颗粒的机械平衡，$Θ_c({\rm{Re}}_*)$可以更好地由运动颗粒不能找到稳定构型并停止运动的应力来描述。
2017-03-18 cond-mat.soft
