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
Revisiting the Deformation-Induced Damage in Filled Elastomers: Effect of Network Polydispersity
在聚合物网络的微观力学分析中，一个先验假设是本构聚合物链是等长的。然而，链的单分散分布仅仅是一个简化的假设。在本文中，我们放松这一假设，并考虑一个硫化网络与广泛的分布链长。根据该模型，我们预测了具有随机内部结构的填充聚合物网络中的损伤起始和应力-拉伸依赖性。网络力学行为的退化被认为是由吸附到填料表面的股线的粘合失效控制的。我们发现，短的吸附股的罪魁祸首损伤的启动和其有限的可延伸性是机械强度的一个关键决定因素。
2017-10-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
Connecting discrete particle mechanics to continuum granular micromechanics: Anisotropic continuum properties under compaction
本文针对单分散球形弹性颗粒在模压成型条件下的宏观行为和颗粒水平行为建立了系统的力学联系。采用细观颗粒力学方法（GMA），在静态假设下，从细观尺度下颗粒间相互作用在不同方向上的平均行为出发，推导出横观各向同性材料的刚度张量。两个粒子尺度的方向密度分布函数，即方向分布的组合力学几何属性和方向分布的纯几何属性，提出和参数化的五个独立的参数。对称化切线刚度张量的五个独立分量也是通过离散粒子力学（PMA）计算加载路径点周围的九个扰动来确定的。最后，通过最小化PMA计算与GMA之间的误差来获得这五个GMA参数的最佳值。压实过程中刚度张量的封闭形式预测。结果表明，GMA与静态假设是有效的捕获加载过程中的各向异性演变的微观结构，即使没有描述接触独立，而是占他们在平均意义上。
2018-02-14 cond-mat.soft physics.comp-ph
Micromechanical measurements of local plastic events in granular materials
该研究通过测量纯剪切下光弹颗粒密堆积的T1拓扑重排事件与微观应力，揭示了其与宏观塑性变形的关联及应力长程关联标度，深化了对颗粒材料非晶变形机制的理解。
2023-05-05 cond-mat.soft
Measuring and upscaling micromechanical interactions in a cohesive granular material
无序非均匀介质的力学性质一般取决于多个长度尺度之间的复杂相互作用。因此，在这种材料中，将局部相互作用与宏观可观测量（如刚度或断裂）联系起来是一个挑战。在这里，我们研究了由软聚合物桥连在一起的玻璃珠组成的粘性颗粒材料的性质。我们使用基于柔性微量移液器偏转的装置，研究了单桥在牵引和剪切作用下的机械响应。这些测量，以及来自颗粒填料的X射线显微照片的信息，然后通知大规模离散元模型（DEM）模拟。虽然简单，但这些模拟在各个方面都受到经验测量的约束，并准确预测骨料的机械响应，包括其压缩失效的细节，以及材料的刚度如何取决于其部件的刚度和几何形状。通过演示如何准确地将微观信息与宏观性质联系起来，这些结果为预测复杂无序材料（如多孔岩石、雪或泡沫）的行为提供了新的视角。
2021-03-25 cond-mat.soft
Impacts of packed bed polydispersity and deformation on fine particle transport
本研究探讨了静态颗粒填充中孔隙喉道尺寸、多分散性和颗粒变形的关系，通过解析表达式和DEM模拟，证明了多分散性和变形对收缩尺寸及细颗粒传输的显著影响。
2024-10-18 cond-mat.soft
Micromechanics of compressive and tensile forces in partially-bonded granular materials
Indian Institute of Science（印度科学学院）；North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）
研究颗粒材料中压缩和拉伸力的微力学行为，通过实验发现bonded颗粒比例影响临界致密化分数及局部压力分布，揭示了二聚体对刚度的增强作用。
2025-07-25 cond-mat.soft
Micromechanics of intruder motion in wet granular medium
我们调查的入侵者移动通过沉积介质，其中包括透明的颗粒状水凝胶浸入水中，以及由此产生的运动的介质所遇到的有效摩擦。我们表明，有效摩擦$μ_e$上的球形入侵者被捕获的惯性数$I$的入侵者移动的时间尺度和惯性时间尺度的上覆岩层压力设置的粒状介质的比率。此外，$μ_e$由函数$μ_e(I) = μ_s + αI^β$描述，其中$μ_s$是静摩擦，而$α$和$β$是与侵入物深度和尺寸无关的材料相关常数。通过测量入侵者周围的颗粒组分的平均流量，我们发现入侵者和颗粒介质之间的显着滑移。与粘性牛顿流体相比，介质的运动被强烈地限制在入侵者附近，并且是入侵者大小的量级。随着介质深度的增加，介质的回流发生在离侵入物更近的地方。此外，我们研究的可逆和不可逆的位移的介质，不仅以下的介质作为入侵者向下移动，但也同时返回入侵者回到原来的深度。我们发现，流动在很大程度上保持可逆的准静态制度，以及当$μ_e$迅速增加的范围内的$I$探测。
2018-07-20 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Nonaffine motion in flowing highly polydisperse granular media
本研究探讨了二维弯曲通道中高多分散性硬圆盘流动的颗粒尺度运动，发现高多分散性使个体颗粒运动更非仿射，且小颗粒由大颗粒诱导产生更多非仿射运动。
2025-02-03 cond-mat.soft
Effect of polydispersity on the dynamics of active Brownian particles
本文在二维空间中数值研究了具有软排斥势的不同尺寸的自推进圆盘状粒子的动力学和相位。尺寸多样性由多分散指数（PDI）$ε$引入，其是颗粒半径的均匀分布的宽度。粒子的自推进速度控制活性$v$。我们观察到增强动力学的颗粒之间的大尺寸的多样性。我们计算了稳态下的有效扩散系数$D_{eff}$。该体系表现出四个不同的相，小活性的小$D_{eff}$的堵塞相和大活性的高$D_{eff}$的液相。在液相和堵塞相，数的波动分别大于和小于平衡极限。此外，堵塞阶段有两种类型：固体堵塞和液体堵塞的小和大的PDI。而对于小PDI和大PDI，液相被称为运动诱导相分离（MIPS）-液体，我们发现增强的扩散性并将其称为{ \em纯液相}。研究了三种堆积密度$ϕ$的体系，并且对于所有$ϕ$，体系对多分散性的响应是相同的。我们的研究可以帮助理解组织中各种大小的细胞、人工自驱动颗粒或密度环境中不同大小的生物体的行为。
2022-09-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
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
Effects of Friction and Disorder on the Quasi-Static Response of Granular Solids to a Localized Force
对局部力的响应为颗粒固体中不同的应力传递模型提供了灵敏的测试。工程师传统上使用的弹塑性模型受到了理论和实验结果的挑战，这些结果表明应力的波动（双曲线）传播，而不是静态弹性的椭圆方程。数值模拟的二维颗粒系统受到本地化的外力的性质，研究在这些系统中的应力传递作为施加的力的大小，摩擦参数和无序（多分散性）的函数。结果表明，在大型系统（通常认为由工程师），响应是接近各向同性弹性预测，而小系统的响应（或当足够大的力施加）是强烈的各向异性。在后一种情况下，所施加的力引起接触网络的变化，并伴随着摩擦滑动。静摩擦的静摩擦系数越大，响应为弹性的力的范围越宽，各向异性越小。增加多分散性的程度（对于所研究的范围，高达25%）减小弹性响应的范围。这篇文章是以前发表的一封信的延伸[1]。
2007-11-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Local Plasticity as the Source of Creep and Slow Dynamics in Granular Materials
采用恒压恒应力数值模拟方法，研究了由小面无摩擦颗粒组成的三维颗粒固体单轴压缩蠕变机理。快速单轴压缩，然后缓慢膨胀的基础上预测的对数蠕变现象。细观力学分析表明，颗粒蠕变和颗粒尺度变形之间存在相关性。大应变的局部区域出现在蠕变过程中，并且随着时间的推移在幅度和尺寸上增长。此外，非仿射颗粒位移的积累与局部应变线性增加，从而提供洞察应力驱动的蠕变演化过程中的塑性耗散的起源。在没有摩擦的情况下，慢对数动力学的预测表明在颗粒固体蠕变过程中塑性耗散作用的普遍性。
2016-03-24 cond-mat.soft
Segregation of large particles in dense granular flows: A granular Saffman effect?
本文研究了单分散密相颗粒斜槽流中不同粒径的单个颗粒所受的升力和速度滞后之间的比例关系。这种缩放的相似性，在（微）流体中的Saffman升力，表明一个惯性起源的升力负责隔离（孤立的，大）入侵者在密集的颗粒流。我们还观察到一个各向异性的压力/应力场周围的颗粒，这可能是在原点的速度滞后。这些研究结果是相关的建模和理论预测的粒度偏析。与此同时，在具有应力和应变梯度的致密颗粒流中，多分散性和惯性效应之间的相互作用，意味着流体、悬浮液和颗粒流之间新的相似之处，具有广泛的应用前景。
2018-06-04 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Compaction of granular material inside confined geometries
在自然界和工程中，松散堆积的颗粒材料通常被压实在有限的几何形状中。在这里，我们探讨这样的行为在一个准二维的几何形状，平行的刚性墙提供的限制。我们使用离散元方法来研究由于刚性活塞的位移而导致的压实的颗粒填料内的应力分布。我们观察到，包装内的应力随累积晶粒的长度呈指数增加，并显示扩展到目前的分析模型，适合测得的应力。研究了一系列系统参数的微观力学行为，并描述了现有分析模型的局限性。特别是，我们展示了可以使用现有模型处理的最小尺寸的系统。此外，增加活塞速率的影响，和初始填充分数的变化，进行了说明。
2015-05-15 cond-mat.soft
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
Contact angle entropy and macroscopic friction in non-cohesive two dimensional granular packings
本研究通过二维分子动力学模拟，发现非粘性颗粒堆积的宏观摩擦可由接触角熵描述，且极限循环下摩擦对多分散性不敏感。
2017-06-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Grain volume distribution alters the critical phenomena in complex granular systems
Zhejiang University of Technology（浙江工业大学）；Texas Tech University（德克萨斯理工大学）；Royal Melbourne Institute of Technology（皇家墨尔本理工大学）；University of Cambridge（剑桥大学）；University of Milan（米兰大学）
本研究通过离散元方法揭示颗粒尺寸分布影响复杂颗粒系统的临界行为，提出统一流变关系并建立临界固体分数与体积分布的相关函数，为工程和地球物理应用提供新见解。
2025-10-16 cond-mat.soft physics.comp-ph
Three-dimensional compaction of soft granular packings
采用三维非光滑接触动力学模拟方法，分析了由软（弹性）球形颗粒组成的组件在堵塞状态之后的压实行为。粒子的组件的特征在于使用的包装分数，配位数，和冯米塞斯应力分布的粒子内的围压增加的演变。堆积分数增加并趋向于接近$1$的最大值，并且平均配位数作为堆积分数的平方根而增加。随着围压的增加，观察到的过渡从一个粒状材料的剪切应力分布的指数尾巴的连续的材料，其特征在于高斯样分布的剪切应力。我们开发了一个方程，描述了作为所施加的压力的函数的填充分数的演变。这个方程，基于颗粒应力张量的微观力学表达，赫兹接触定律的小变形的限制，以及填充分数和颗粒的协调之间的幂律关系，提供了良好的预测从堵塞点到非常高的密度，而不需要调整任何参数。
2021-08-27 cond-mat.soft
Influences des paramètres micromécaniques dans la simulation numérique discrète des matériaux granulaires : assemblage, déformation quasi-statique, écoulements
我们回顾了细观力学参数对颗粒材料宏观力学行为的影响，在准静态条件下和在稠密流中，用离散元方法进行了数值模拟。我们特别坚持适当定义的无量纲数的作用，倾向于提供一个相当普遍有效的流变制度的分类。
2010-11-04 cond-mat.soft
Rheology of mobile sediment beds in laminar shear flow: effects of creep and polydispersity
经典的流变量的比例关系，如$μ(J)$ -流变学已成为越来越受欢迎的封闭的两相流建模。然而，这些骨架是针对单分散颗粒衍生的。我们的目标是通过使用更现实的沉积物组成，这些考虑因素的泥沙输运建模。本文研究了由多分散球形颗粒组成的剪切沉积床在层流库埃特型剪切流中的流变行为。沉积物床由直径尺寸比高达10的颗粒组成，这对应于从细砂到粗砂的颗粒。使用完全耦合，晶粒分辨直接数值模拟，使用组合格子玻尔兹曼-离散元方法产生的数据。这些高分辨率数据产生确定流变学的相关物理量的详细深度分辨率剖面，即，流体的局部剪切速率、颗粒体积分数、总剪切和颗粒压力。对实验数据的比较表明，单分散的情况下，极好的协议。我们改进后的参数化的$μ(J)$ -流变学表示其经验得出的参数作为最大颗粒体积分数的函数。此外，我们扩展这些考虑因素，探索蠕变制度的粘性数字远低于以前的研究所使用的校准这些相关性。考虑到我们的数据的低粘性数，我们发现，在蠕变制度的准静态的摩擦系数趋于一个有限的值为零剪切，这降低了三个因素的临界摩擦系数的所有情况下调查。
2021-06-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.geo-ph
Kinematic flow patterns in slow deformation of a dense granular material
利用\emph{in situ}成像技术结合粒子跟踪技术，对模型致密颗粒介质在缓慢变形过程中的运动学流型进行了高分辨率研究。在宏观平面应变条件下，其变形形态为平凸模压痕。使用一般的分析方法，速度梯度和变形场从无序的晶粒排列，使流动特性被量化。关键的意见是形成的停滞区，在稀释颗粒流过去的障碍物;发生的漩涡在流动的冲床下面;和形成不同的剪切带毗邻的停滞区。瞬态和稳态停滞区的几何形状，以及剪切带中的涡和应变率的强度，从实验数据中获得。所有这些结果在精确尺度的非光滑接触动力学（NSCD）模拟中得到了很好的再现。模拟的全三维数值粒子位置允许提取从实验中极难获得的流动特征。其中的三个例子，即材料自由表面的演变，变形的一个晶粒柱下面的冲头和分辨率的速度内的主剪切带，突出显示。在这个模型问题中观察到的各种流动特征也说明了制定一个完整的变形的微观力学分析描述所涉及的困难。
2015-07-19 cond-mat.soft
Deformation Measures for Granular Materials
本文基于 Satake 空隙单元方法推广 Bagi 的表示，提出二维颗粒材料变形的细观力学度量，并通过离散元模拟揭示低应变下的非均匀变形与转动微带。
2024-12-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
On the capillary stress tensor in wet granular materials
本文提出了一种非饱和颗粒介质在摆动制度的细观力学研究，数值实验的基础上，使用离散元方法，相比，一个微观结构弹塑性模型。考虑到水的影响，通过增加毛细血管的接触和他们的后果方面的力量和水量进行了研究。通过模拟三轴压缩试验，研究了部分饱和的宏观和微观效应。由这两种方法提供的结果似乎是在良好的协议，再现的主要趋势的部分饱和的颗粒组装，如剪切强度的增加和硬化与吸力。此外，毛细管应力张量表现出从毛细管力通过使用均匀化技术。宏观和微观的考虑都强调与材料内部的孔隙流体分布有关的毛细应力张量的诱导各向异性。由于这种流体组构的张量性质意味着与吸力有关的固相上的剪切效应，因此与标准的等效孔隙压力假设进行了比较。结果表明，水的影响引起微观结构的现象，不能被认为是在宏观层面上，特别是当处理材料的历史。因此，研究指出，非饱和土应力的定义应包括，除了宏观应力，如总应力，微观颗粒间的应力，如由毛细作用力，为了更准确地解释孔隙流体的力学行为的粒状材料的影响。
2011-05-05 cond-mat.soft
Effect of confinement on dense packings of rigid frictionless spheres and polyhedra
我们数值研究的固体分数和结构上的三维随机紧密堆积（RCP）颗粒材料受重力约束的约束的影响。颗粒形状（球形或多面体），材料的多分散性和限制壁摩擦的影响，这种依赖性进行了研究。与一个简单的几何模型一致，固相分数被发现线性减少，无论晶粒形状的约束增加。此外，这种下降仍然有效的双分散球填料，虽然梯度似乎显着降低时，小颗粒的比例达到40%的体积。配位数上的约束效应也被捕获的上述模型的扩展。
2012-12-10 cond-mat.other cond-mat.soft
Confined packings of frictionless spheres and polyhedra
通过数值模拟，研究了重力作用下约束对三维随机密排（RCP）颗粒材料的影响。颗粒形状（球形或多面体）和多分散性对这种依赖性的影响进行了研究。与一个简单的几何模型一致，固相分数被发现线性减少，无论晶粒形状的约束增加。这种下降仍然有效的双分散球填料，虽然梯度似乎显着降低时，小颗粒的比例达到40%的体积。上述模型被扩展到捕获的约束上的配位数的效果。
2013-07-22 cond-mat.other cond-mat.soft
Bulk Modulus along Jamming Transition Lines of Bidisperse Granular Packings
通过三维离散元模拟，研究了双分散颗粒堆积的堵塞密度和体积模量随尺寸比及小颗粒浓度的变化，发现体积模量在最大堵塞密度处跳变，小颗粒堵塞影响系统内部阻力，为调节体积模量等性质提供依据。
2022-11-17 cond-mat.soft
