Maximally dense packings of two-dimensional convex and concave noncircular particles
硬粒子的密堆积在许多领域有重要的应用，包括凝聚态物理、离散几何和细胞生物学。在本文中，我们采用随机搜索实现的Torquato-Jiao自适应收缩细胞优化方案[自然460，876（2009）]，以找到最大密度粒子包装在d维欧氏空间$\mathbb{R}^d$。虽然原来的实现是为了研究领域和凸多面体在$d\ge3$，我们的实现侧重于$d=2$和扩展算法，包括凹多边形和某些凸或凹非多边形粒子形状。我们验证了这个包装协议的鲁棒性，成功地复制已知的假定的最佳包装的全等副本的正五边形和八角形，然后用它来建议密集的包装安排的全等副本的某些家庭的凹十字架，凸和凹弯曲的三角形（包括形状类似的梅赛德斯-奔驰标志），和“月亮般”的形状。随后确定分析结构，以获得这些颗粒形状的明确已知的填充。对于所考虑的例子，我们发现，具有中心对称性的凸和凹粒子的密度填充是通过其相应的最佳Bravais晶格填充来实现的;对于缺乏中心对称性的粒子，所获得的密度填充是非晶格周期填充，这与最近提出的硬粒子的一般组织原则是一致的。此外，我们发现，某些弯曲三角形的dennial已知的包装是周期性的四粒子的基础上，我们发现，dennial已知的周期包装的某些月亮状的形状不具有固有的对称性。我们的工作增加了越来越多的证据表明，颗粒形状可以作为一个调整参数，以实现包装结构的多样性。
2014-05-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Packing of elastic wires in flexible shells
被注入到有限空间中的细长细丝的填充问题是物理学家和生物学家都感兴趣的基本问题。然而，线性螺纹如何包装和盘绕仅为刚性容器的理想情况所熟知。在这里，我们迫使长弹性杆到弹性壳所承担的灵活的空间限制，以检查在何种条件下最近获得的知识，在刚性球体的电线包装故障。我们发现，与刚性腔不同，摩擦起着关键作用，引起两个不同的包装模式的出现。在低摩擦下，金属丝密集地盘绕成具有半椭圆形横截面的有序环形束，而在高摩擦下，金属丝堆积成高度无序的分级结构。这两种形态被证明是由一个连续的相变分离。我们的研究结果表明，摩擦和限制弹性对丝状包装的巨大影响，并可能推动未来对物理学，生物学甚至医学技术等系统的研究，包括这些相互作用的影响。
2015-12-09 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.med-ph
A method for dense packing discovery
尽可能密集地填充粒子系统的问题是离散几何领域的基础，也是材料和生物科学中的一个强大模型。随着填充问题从解析构造的解决方案范围内撤退，进行\textit{de novo}（从头开始）搜索密集填充的有效数值方法的重要性变得至关重要。在本文中，我们使用\textit{divide and concur}框架，发展了一个通用的搜索法的周期约束问题的解决方案，我们把它应用到发现密集周期包装。该方法的一个重要特点是将晶胞参数与组态空间定义中的其他填充变量相结合。我们提出的方法导致了[arXiv：0910.5226]中报道的最密集的已知四面体堆积的改进。在这里，我们使用的方法来重现dennies已知的晶格球包装和最知名的晶格接吻安排分别在14和11维（第一个这样的数字证据，他们的最优性，在这些方面）。对于非球形粒子，我们报告了一个新的密度为$ϕ=128/219\approx0.5845$的规则四维单形的稠密堆积，并具有与已知的四面体堆积类似的结构。
2010-08-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech math.MG
Dense packing crystal structures of physical tetrahedra
我们提出了一种方法，发现一般凸硬颗粒的密集包装，并将其应用于研究的一个参数家庭的颗粒与四面体对称表示变形的理想的数学四面体到一个不太理想的，物理的，四面体和所有的方式到球的密集包装行为。因此，我们也连接两个研究得很好的问题，球包装和四面体包装在一个单一的轴。我们的数值计算结果揭示了丰富的最优包装行为，相比，以前研究的其他连续家庭的粒子。我们提出了四种结构作为候选人的最佳包装在不同的参数值，提供了一个图集的晶体结构，可以观察到的四面体对称的纳米粒子系统。
2010-11-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech math.MG
Dense crystalline dimer packings of regular tetrahedra
给出了密度为φ = 4000/4671 = 0.856347的正四面体的密度已知的堆积.与最近发现的Kallus等人[arXiv：0910.5226]和Torquato-Jiao [arXiv：0912.4210]的堆积一样，我们的堆积是结晶的，具有形成两个三角形双金字塔的四个四面体的晶胞（二聚体簇）。我们表明，我们的包装有最大的密度在一个三参数家庭的二聚体包装。从随机配置开始的数值压缩表明，至少对于具有多达16个四面体和周期性边界的小细胞，填充可能是最佳的。
2010-07-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech math.MG
Dense periodic packings of tetrahedra with small repeating units
我们提出了一个单参数家庭的定期包装的正四面体，包装分数$100/117\approx0.8547$，这是简单的意义上说，他们是传递和他们的重复单元只涉及四个四面体。填料的建设的灵感来自于一个数值搜索的结果，产生了类似的包装。我们提出了一个分析结构的包装和描述其性质。我们还提出了一个传递包装与两个四面体的重复单元和包装分数$\frac{139+40\sqrt{10}}{369}\approx0.7194$。
2010-03-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech math.MG
Densest vs. jammed packings of 2D bent-core trimers
我们确定了最大密度的晶格填充的切线盘三聚体与固定键角（$θ= θ_0$），并将它们与它们的非最大密度，但严格堵塞的晶格填充以及无序堵塞的状态，他们形成了一系列的压缩协议。虽然只有$θ_0 = 0,\ 60^\circ,\ \rm{and}\ 120^\circ$三聚体可以形成三角形晶格，但所有$θ_0$的最大密度最大对称填充仅分为两类，它们的键拓扑结构不同：$0 < θ_0 < 60^\circ$的半伸长三角形和$60^\circ < θ_0 < 120^\circ$的伸长短方形。简并的存在下，较低的对称性版本，这些densitivepackings结合几个家庭的密度较低，但严格堵塞的晶格填料的行为一致，以促进堵塞。
2018-08-26 cond-mat.soft
Efficient algorithms for the dense packing of congruent circles inside a square
我们研究密集包装的大量全等非重叠的圆圈内的一个正方形，通过寻找配置，最大化的包装密度，定义为由磁盘和面积的平方容器所占的面积之间的比率。这些配置的搜索进行的帮助下，我们已经设计了两个算法：第一个算法是负责获得足够密集的配置从一个随机猜测开始，而第二个算法改善了在第一阶段获得的配置。这些算法可以顺序地或独立地使用。这些算法的性能进行了评估，进行数值试验的配置与大量的圆。
2022-05-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Novel dense crystalline packings of ellipsoids
椭球体是最简单的非球形，它被广泛地用作分子、胶体和颗粒体系的细长结构单元的模型。然而，与许多凝聚态系统的高密度相密切相关的全等硬椭球的密排仍然是一个悬而未决的问题。我们发现了一种新的包含24个颗粒的椭球体的致密晶体堆积，具有准正方形-三角形（SQ-TR）平铺排列，其堆积密度ε超过了SM 2晶体的纵横比α（1.365，1.5625），在α = 93/64时达到最大ε约0.75806。我们证明了SQ-TR相在上述α范围内的高密度下是稳定的，并报道了一种新的自对偶椭球相图。SQ-TR晶体的发现为非球形粒子和胶体体系的自组装提供了新的组织原理。
2016-08-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Theory of cylindrical dense packings of disks
我们以前已经探讨了圆盘的圆柱形填充及其与球形填充的关系。在这里，我们扩展了磁盘包装的分析处理，分析相关结构的叶序指数的规则和线滑结构的密度的变化，接近对称的。我们表明，菱形结构，这是一个较低的密度，总是不稳定的，即可以增加密度的小扰动
2013-12-28 cond-mat.soft
Densest local sphere-packing diversity: General concepts and application to two dimensions
利用非线性规划方法结合位形空间的随机搜索，得到了N个相同且不重叠的球在相同大小的固定中心球的半径Rmin（N）内的密集局部填充. d维欧氏空间中的Rmin（N）的知识允许构造球填充的关联函数对的可实现性条件和无限球填充的最大密度的上界。本文主要研究二维圆盘问题。我们发现并提出了假定的densitivepackings和相应的Rmin（N）为选定的值N = 348，并使用这些知识来构建这样一个可实现的条件和上限。我们还分析了最大密集堆积的性质和特征，发现它们的对称性和接触网络存在显著的变化，并且即使对于大N，绝大多数也与三角晶格有很大的不同。我们的工作对包装问题、成核理论和表面物理学具有影响。
2010-02-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech math.MG
Analytical Construction of A Dense Packing of Truncated Tetrahedra
密多面体堆积是各种凝聚态物质和生物系统的有用模型，几个世纪以来一直吸引着科学家和数学家。近年来，人们提出了与多面体堆积有关的结构类型的组织原则。然而，找到特定形状的最大密集包装仍然是不平凡的，是一个深入研究的课题。在这里，我们解析地构造了已知的具有$ϕ=207/208=0.995~192...$的截头四面体的稠密填充，这是惊人地接近于单位，并强烈暗示这种填充是最大稠密的。这种构造基于缺乏中心对称的多面体的广义组织原理。此外，我们发现，在这个假定的最佳包装的孔是小的正四面体，导致一个新的平铺空间的正四面体和截断四面体。我们还数值研究了平衡熔化性能的什么显然是致密包装的截断四面体作为系统进行减压。我们的模拟揭示了两种不同的稳定的晶体相，一个在高密度和其他在中等密度，以及一级液晶相变。
2011-09-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Dense Packings of Superdisks and the Role of Symmetry
我们在平面上构造了已知的二维超盘填充，其形状由下式定义：|x^（2p）+ y^（2p）|<= 1，其包含凸形颗粒（p > 0.5，圆盘情况p = 1）和凹形颗粒（0 < p < 0.5）。由最近开发的事件驱动的分子动力学（MD）模拟算法[Donev，Torquato和Stillinger，J. Comput. Phys.202（2005）737]提出了已知的已知填料的精确构造。我们发现，填充密度（覆盖率的颗粒）显着增加，颗粒形状远离“圆盘”点（p = 1）。特别地，我们发现当p6 = 1时，超盘的最大填充密度是由两个Bravais格点填充族中的一个来实现的，这为Minkowski关于超盘所占区域的临界行列式的猜想提供了额外的数值证据.此外，我们对生成的包装的分析表明，破缺的旋转对称性的超盘影响包装特性在一个非平凡的方式。我们还提出了一个分析方法来构造密集包装的凹超盘的基础上，我们的观察凸超盘包装的结构特性。
2007-12-04 cond-mat.soft
Dense random packing with a power-law size distribution: the structure factor, mass-radius relation, and pair distribution function
我们考虑稠密随机填充的磁盘与幂律分布的半径，并研究其相关性质。研究了相应的盘心结构因子、质量半径关系和对分布函数。精确求解了一维（1d）密集段玩具模型。理论上在一维和数值上在一维和二维，这样的包装表现出分形特性。结果表明，幂律分布的指数与分形维数具有较好的一致性。导出了任意维结构因子的近似关系式，可作为小角散射的拟合公式。研究结果可用于理解各种系统，如超高性能混凝土，高内相比乳液或生物系统的微观结构特性。
2023-01-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hard convex lens-shaped particles: Characterization of dense disordered packings
在硬凸透镜形颗粒（透镜）族中，纵横比等于2/3的颗粒是“最佳的”，因为这种透镜的最大随机堵塞（MRJ）填充实现了最高的填充分数$ϕ_{\rm MRJ} \simeq 0.73$。该值仅比$ϕ_{\rm DKP} = 0.76210\dots$低几个百分点，$ϕ_{\rm DKP} = 0.76210\dots$是相应的已知密度最大的结晶（简并）堆积的堆积分数。通过利用明显减少的倾向，这样的最佳透镜系统的位置和取向顺序，无序的包装，他们逐步产生的基于蒙特卡罗方法的程序从稀平衡各向同性流体相的致密的非平衡MRJ状态。这使得人们可以密切监测这些填料的（微）结构如何在MRJ状态形成过程中发生变化。计算的许多结构描述符所经历的逐渐变化可以连贯一致地追溯到硬颗粒之间的接触逐渐增加，直到在有效超均匀MRJ状态下达到每个透镜10个接触邻居的均衡平均值。与硬球的MRJ状态相比，这种最佳透镜的MRJ状态更致密（多孔性更小），更无序，并且无振动。这一系列特性使它们成为良好的玻璃形成剂。这一结论可能也适用于具有相应类似纵横比的其他硬凸单轴颗粒，无论它们是扁的还是长的，并且通过使用它们的合适的双轴变体，该组特性可能进一步改善。
2019-09-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Optimal Packings of Superballs
致密硬颗粒堆积与物质的低温相结构密切相关，是非均质材料和颗粒介质的有用模型。大多数三维密度填充的研究都考虑了球形，只是最近才考虑非球形（例如，椭圆体）进行了研究。超级球（其形状由|x1| ^2p + |x2| ^2p + |x3| ^2p <= 1定义）提供了具有立方体和八面体状形状的凸颗粒（p >= 0.5）以及具有八面体状形状的凹颗粒（0 < p < 0.5）的通用家族。在本文中，我们给出了所有凸和凹情形下的已知超球填充的解析构造。候选的最大稠密填充是某些布拉维格填充族。作为p的函数的最大堆积密度在球点（p = 1）是非解析的，并且随着p远离1而急剧增加。由破缺的旋转对称性决定的超级球的填充特性类似于但比它们的二维“超级盘”对应物更丰富，并且明显不同于椭球填充。我们的候选最佳超级球包装提供了一个起点，以量化的平衡相行为的超级球系统，这应该加深我们的理解的统计热力学的非球形粒子系统。
2009-02-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A solid-state theory for dense cylindrical packings of balls
University of Edinburgh（爱丁堡大学）；California State University, Long Beach（加州州立大学长滩分校）
该研究建立了适用于全径高比范围的圆柱内硬球密堆积分析理论，推导了任意规则晶格的堆积分数精确方程，提出优化圆柱取向的数学程序，为圆柱内球堆积提供通用理论基础。
2026-08-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dense packings of spheres in cylinders I. Simulations
我们研究的最佳包装的硬球在一个无限长的圆柱体，使用模拟退火，并比较我们的结果与类似的问题的包装磁盘上展开的表面上的一个圆柱。详细描述了D/d=2.873（圆柱体和球体直径之比）时的密度结构并制成表格。这将以前的计算扩展到包括不与圆柱体接触的内部球体的结构范围内。
2012-05-09 cond-mat.soft
Generating dense packings of hard spheres by soft interaction design
在大尺寸$d$中有效地填充球体是一个特别困难的优化问题。在本文中，我们添加了一个各向同性的相互作用势的纯硬核排斥，并表明，可以调整它，以最大限度地降低包装密度。我们的研究结果表明，指数许多（在粒子数）不同的无序球包装可以有效地构建这种方法，包装分数接近$7\, d\, 2^{-d}$。后者是通过求解最大化的动态玻璃化转变在空间的相互作用势的反问题。我们的方法至关重要地利用了最近精确制定的热力学和动力学的简单液体在无限维。
2018-04-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Kinetic Frustration Effects on Dense Two-Dimensional Packings of Convex Particles and Their Structural Characteristics
硬颗粒堆积的研究在物理学、化学、细胞生物学和离散几何学中具有重要意义。以前关于硬颗粒填料的许多工作都是关于它们可能的排列。相比之下，我们研究动力学效应不可避免地存在于数值和实验包装协议。具体来说，我们确定如何改变压缩/剪切速率的二维包装的非圆形颗粒导致它偏离其denominable可能的配置，这总是周期性的。自适应收缩细胞（ASC）优化方案最大化的硬颗粒填料的包装分数，首先应用随机平移和旋转的颗粒，然后各向同性压缩和剪切的模拟箱反复，直到可能堵塞的状态达到。我们使用随机实施的ASC优化方案，通过改变压缩/剪切之间的粒子移动的数量来模拟不同的有效时间尺度。我们生成了致密的、有效堵塞的、单分散的、钝角不等边三角形、菱形、弯曲三角形、透镜和“冰淇淋锥”（嫁接到等腰三角形上的一个椭圆形）形状的颗粒的二维填充，具有广泛的填充分数和有序度。为了量化这些动力学效应，我们引入了动力学挫折指数$K$，它测量了填料与其最大可能填料分数的偏差。为了研究动力学如何影响这些包装中的短程和长程有序，我们计算了它们的光谱密度并表征了它们的接触网络。我们发现，动力学效应是最显着的粒子时，有较大的非球面性，曲率较小，旋转对称性较低。这项工作可能是相关的实验室包装协议的设计。
2021-03-10 cond-mat.soft
Dense sphere packings from optimized correlation functions
基本光滑函数（超越接触）被用来构造成对的关联函数，以模拟堵塞的无序球填充。使用Torquato和Stillinger [J. Phys. Chem. B 106，8354，2002]的g2不变优化方法，在必要的可实现性条件下优化这些函数中的参数，以最大化填充分数phi和每个球Z的平均接触数。一对关联函数，它包含了无序堆积的显著特征，并且在接触之外是光滑的，被示出为允许φ为0.6850：该值表示三维中全等硬球的最大值π/sqrt{18} ~ 0.7405，和0.64，与最大随机堵塞（MRJ）填料在三维空间中的近似分数。我们发现，令人惊讶的是，继续添加由光滑正弦曲线组成的初等函数，其衰减为r^{-4}，允许填充分数接近pi/sqrt{18}。一个平移顺序度量是用来区分度的顺序包装。我们发现，为了获得更高的填充分数，有序度必须增加，这与先前研究的结果一致[Torquato等人，物理修订版信函84，2064，2000]。
2009-01-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Shear profile in a dense packing of large grains
本文利用干涉图像局部时间相关函数，以亚颗粒分辨率测量旋转环形槽内毫米级折射颗粒密堆积床的近壁剪切剖面，发现剪切增强时系统响应转变及力链各向异性。
2024-01-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Structural properties of dense hard sphere packings
研究了全同硬球（HS）密堆的结构性质。键序参量方法被用来获得详细的信息，在$ϕ=0.53$和$ϕ=0.72$之间的范围内的不同的包装分数$ϕ$的系统的局部结构特性。基于旋转不变量$w_6$上球形分布的累积性质，提出了一个新的序参量来表征随机堆积HS体系的结晶行为。它示出，在结晶HS系统的填充分数的增加，首先导致在转化的个别的结晶集群到全球的三维晶体结构，其中，进一步致密化后，转化成由不同的晶格类型形成的交替的平面层。
2011-01-28 cond-mat.soft
Structural properties of dense hard spheres near random close packing
我们数值研究了硬球（HS）的机械稳定包装的结构特性，在很宽的包装分数$0.53 \le ϕ\le 0.72$。详细的结构信息是从取向序参量，这清楚地揭示了无序有序相变的随机紧密堆积（RCP）密度，$ϕ_{\rm c} \simeq 0.64$的分析。在$ϕ_{\rm c}$之上，晶核形成3D样簇，其在进一步脱浆时转变成交替的平面样层。我们还发现，二十面体对称的粒子只在RCP转变附近的一个狭窄的密度范围内生存。
2014-07-29 cond-mat.soft
Influence of particle size polydispersity on dynamical heterogeneities in dense particle packings
该研究通过共聚焦显微镜实验和分子动力学模拟，发现增加颗粒尺寸分布宽度可流化阻塞的颗粒悬浮液，揭示了尺寸多分散性对致密颗粒堆积动力学非均匀性的影响，对相关工业加工有重要意义。
2024-09-10 cond-mat.soft
Dense Packing of Tetrahedra in Cylinders
University of Michigan（密歇根大学）；Aberystwyth University（阿伯里斯特威斯大学）
本研究首次系统研究圆柱体内四面体的密堆积，通过数值模拟与解析理论结合，将最密构型分为手性螺旋与非手性二聚体链，并揭示Boerdijk-Coxeter螺旋源于圆柱约束，且在临界直径处存在对称性破缺分岔。
2026-09-23 cond-mat.soft
The influence of packing protocol, size ratio, and pore structure on fractal exponents in dense polydisperse packings
Joint Institute for Nuclear Research（俄罗斯联邦杜布纳联合核子研究所）；Dokuchaev Soil Science Institute（多卡恰耶夫土壤科学研究所）；Horia Hulubei National Institute of Physics and Nuclear Engineering（霍里亚·胡利贝伊国家物理与核工程研究所）；Craiova University（克赖奥瓦大学）
研究不同堆积协议下，半径服从幂律分布的密集随机堆积圆盘系统的分形性质，通过数值计算获得质量-半径关系和结构因子的幂律指数，揭示尺寸比等因素对分形指数的影响及相关规律。
2026-07-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Exceptionally Dense and Resilient Polydisperse Disk Packings
École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；University of Illinois, Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
研究多分散盘堆叠在jamming过渡中的结构和能量特性，提出新算法构建过饱和状态，发现高临界堆叠分数状态能承受显著剪切应变。
2024-02-17 cond-mat.soft
Golden, Quasicrystalline, Chiral Packings of Tetrahedra
自古以来，凸形的包装一直是许多科学家和数学家的极大兴趣。近年来，人们对三维四面体的填充问题特别感兴趣。晶体和半准晶的致密堆积都有报道。有趣的是，半准晶堆积的四面体可以自然地出现在热力学模拟方法。然而，这种堆积不是完美的准晶，并且堆积密度虽然致密，但不是最大的。在这里，我们认为，一个“黄金旋转”之间的四面体面结可以安排成一个完美的准晶包装。
2019-01-07 cond-mat.soft
Dense packings of hard circular arcs
本文研究了二维欧氏空间中全等硬无穷细圆弧的稠密填充问题。它侧重于那些可表示为主要的，其对向角$θ\in \left ( π, 2π\right ]$。与那些可表示为其对向角$θ\in \left [0, π\right]$的小圆弧不同，具有$θ\in \left ( π, 2π\right ]$的两个硬的无限细圆弧不可能任意地接近，一旦它们被布置在一种配置中，例如在彼此的顶部上，可无限地复制而不引入任何重叠。这使得这些硬凹颗粒，尽管是无限薄，最密集的包装有限的数量密度。这就提出了一个问题，即什么是这些密度填充，以及它们达到的数量密度是多少。在Monte Carlo数值模拟的支持下，本文的工作表明，可以解析地构造由硬主圆弧组成的紧致闭圆群，其中特定的、与$θ$相关的、数量的硬主圆弧（逆时针）相互交错.这些紧凑的封闭的圆形群，然后安排在一个三角形网格。这些解析构造的最密已知的包装相比，相应的结果的Monte Carlo数值模拟，以评估它们是否可以自发地出现。
2020-09-15 cond-mat.soft
Packing frustration in dense confined fluids
封闭流体的包装挫折，即，研究了在短距离处，在平面硬表面之间限制的致密硬球流体的流体颗粒的优选堆积和由限制表面施加的堆积约束之间的不相容性。的挫折的详细机制进行了研究，通过分析的各向异性对分布的封闭流体，从积分方程理论得到的非均匀流体在对相关水平内的各向异性的打击-Yevick近似。通过研究狭缝中每个粒子周围的粒子间碰撞产生的平均力，我们计算出密度分布的平均力的主分量-每个分量是粒子半球面对任一表面的碰撞力的总和。这些组分随狭缝宽度的变化引起表面之间的层结构的相当复杂的变化，但是，如本文所示，这些变化的基础可以很容易地定性地理解，并且通常也是半定量地理解。据发现，流体的顺序在本质上是由当地的包装约束在每个单一的固体-流体界面。一个简单的叠加的力量，由于每个表面的存在下，令人惊讶的好估计的密度分布，但仍然存在非平凡的限制效应，不能解释的叠加，最值得注意的是在狭缝中的颗粒相对于散装的过量吸附的幅度。
2014-09-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dense Regular Packings of Irregular Non-Convex Particles
我们提出了一个新的数值方案，以有效的方式研究系统的非凸，不规则，和穿孔粒子。我们采用这种方法来分析规则包装的奇怪形状的机构，不仅从一个纳米粒子，但也都从计算几何的角度来看。除了确定许多形状的密堆积结构，我们还发现了一个新的密集配置的截断四面体。此外，我们考虑最近合成的纳米粒子和胶体，我们专注于排除体积相互作用，以显示我们的方法在其晶体结构和相行为的调查的适用性。扩展所提出的方案包括软粒子粒子相互作用，准晶系统的研究，和随机填充的合并。
2011-07-05 cond-mat.soft math-ph math.MP
Pore-scale Modeling of Viscous Flow and Induced Forces in Dense Sphere Packings
我们提出了一种方法，有效地放大不可压缩粘性流在大型随机多分散球填料：这种方法的重点是对固体颗粒上的流体施加的力的测定。孔隙体和它们的连接被定义为本地通过一个定期Delaunay三角的包装。粘性流方程在孔隙水平上放大，并近似与有限体积的数值方案。我们比较所提出的方法的数值模拟详细的有限元（FEM）模拟的斯托克斯方程的组件的8至200球。一个很好的协议被发现在固体颗粒上施加的力和有效的渗透系数。
2013-05-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Densest versus jammed packings of bent-core trimers
我们使用一种新的方法确定了具有固定键角的切球三聚体（$θ= θ_0$）的最大稠密堆积，并将其与它们在准静态和动态非热压缩下形成的无序堵塞状态进行了对比。具有3D紧密堆积的$θ_0$的不可分解性本身不会抑制致密3D晶体的形成;所有$θ_0$都允许与$ϕ_{max}(θ_0) > 0.97ϕ_{cp}$形成晶体。三聚体总是能够排列成由密排的双层或三层三角形晶格平面组成的周期性结构，由适应不相容性的“间隙层”隔开。所有体系的$ϕ_J$均显著低于单体值，表明三聚体的淬灭键长和键角约束总是起到促进堵塞的作用。$ϕ_J$随$θ_0$的变化很大;直链（$θ_0 = 0$）三聚体使$ϕ_J$最小化，而封闭（$θ_0 = 120^\circ$）三聚体使其最大化。具有较低$ϕ_J(θ_0)$的三聚体的边缘堵塞状态表现出可量化的更大的无序性，而小$θ_0$的较低$ϕ_J$显然是由三聚体在接近线性时降低的有效构型自由度引起的。
2019-06-28 cond-mat.soft
Geometry-mediated shear softening in dense ordered granular packings
Princeton University（普林斯顿大学）；EPFL（洛桑联邦理工学院）
通过有限元模拟，发现嵌入颗粒的孔隙几何可诱导弹性各向异性和剪切软化，使堆积表观剪切模量降低高达90%，且与接触力各向异性减小相关，为设计软颗粒超材料提供机制。
2026-06-27 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
Dense pedestrian crowds versus granular packings: An analogy of sorts
行人群体的动态和颗粒媒体之间的类比早就被暗示了。当人群（非常）密集时，它们似乎更有希望，在这种情况下，禁止行人的机械约束可能会战胜行人动态的决定性成分。这些类比和它们的起源探讨在两个不同的设置，（i）通过一个狭窄的瓶颈和（ii）通过入侵者的静态组装的流量。几个定量的相似性已被报道为前设置，并在这里进行讨论，而设置（ii）揭示了差异的响应模式，这是由于行人的感知能力，预期和自我推进。
2020-05-12 cond-mat.soft physics.class-ph
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
Phyllotactic description of hard sphere packing in cylindrical channels
我们开发了一个简单的分析理论，涉及密集的球形填料在一个圆柱体上相应的磁盘包装在其表面上。它适用于比率R=D/d（其中d和D分别是硬球和边界圆柱体的直径），直到R=1+1/sin（pi/5）。在这个范围内，密排填料是这样的，即所有球体都与圆柱形边界接触。详细的结果阐明了广泛的数值模拟，由我们自己和他人通过识别所有竞争阶段的性质。
2011-04-12 cond-mat.soft
Absence of solid phase in dense amorphous active granular matter
School of Physics, Zhengzhou University（郑州大学物理学院）
研究发现，在高密度非晶活性颗粒物质中，即使颗粒排列密度高于晶体排列密度，混合不同大小颗粒可防止结晶，从而保持流体相。
2026-04-16 cond-mat.soft
Competition between Glassy Five-Fold Structures and Locally Dense Packing Structures Governs Two-Stage Compaction of Granular Hexapods
本研究利用X射线断层扫描实验发现，3D打印六足体颗粒的敲击压实呈现两阶段机制：初期由颗粒互锁形成局部力学稳定结构，后期则形成五重对称的密集多面体聚集体，表现出类硬球系统的玻璃态无序构型，揭示了无序颗粒材料的普适组织原则。
2025-11-02 cond-mat.soft
Plastic Deformation of 2D Crumpled Wires
当一个单一的长段的弹性线被注入到一个封闭的二维腔通道，形成一个复杂的结构的分层环。在最大堆积密度的限制下，这些结构可以用几个标度律来描述。在本文中，它是研究这种包装过程，但使用塑料丝，使起源完全不可逆的结构不同的形态。特别是，它是实验研究的塑性形变从圆形到扁圆形配置的皱巴巴的电线，通过施加轴向应变。除其他外，它表明，尽管塑性，不可逆性，和非常大的变形，缩放仍然观察到。
2008-11-17 cond-mat.soft
Shaking-induced crystallization of dense sphere packings
我们使用混合蒙特卡罗算法来模拟球体在不同振动振幅下的振动，并发现自发结晶发生在特定的动力学制度。通常观察到几个结晶过渡，导致最终状态，可以完全或部分订购，这取决于振动幅度，我们调查使用度量的全球和本地秩序。在最低的振幅下，结晶是不完全的，至少在我们的观测时间内是这样。对于结晶完成的振幅范围，通常存在六方密堆积（hcp）或面心立方（fcc）有序之间的竞争。可以看出，面心立方有序通常占主导地位，事实上，对于一个最佳范围的振幅，自发结晶成一个纯面心立方状态观察。一个有趣的特征是，当局部并置充分发展的HCP和FCC有序时，全局有序就会被破坏：我们认为这是由于不同有序域之间的界面造成的，它们与位错发挥着相同的作用。
2014-02-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Searching for structural predictors of plasticity in dense active packings
在受到剪切或热激励的非晶态固体中，已经开发出了所谓的结构指示器，用于预测未来塑性或颗粒重排的位置。一个悬而未决的问题是类似的工具是否可以用于致密的活性材料，但一个挑战是，在大多数情况下，活性系统不具有明确的固体参考配置。我们开发了一个计算模型，吸引到一个感兴趣的点，这并不允许一个机械稳定的参考状态的无限持久运动的限制密集的活动人群。以前对类似系统的研究表明，群体的集体运动可以通过对时间平均的两粒子关联函数矩阵求逆来预测。寻求第一性原理的理解，这一结果，我们表明，这个活性物质系统直接映射到一个颗粒包装在外部潜在的存在下，并扩展现有的结构指标的基础上线性响应预测塑性存在的噪声动力学。我们发现，强大的压力梯度所必需的定向活动，以及自生的自由边界，强烈影响系统的线性响应。在低压区域，基于线性响应的指示器是预测性的，但在我们的活性填料的高压内部，它不能很好地工作。我们的研究结果激励和通知未来的工作，可以更好地制定强压力梯度系统的结构动力学预测。
2022-01-28 cond-mat.soft
Dense Random Packing of Disks With a Power-Law Size Distribution in Thermodynamic Limit: Fractal-like Properties
本文在热力学极限下研究幂律尺寸分布圆盘致密随机堆积的结构因子，发现其分形指数等于尺寸分布指数，并解析给出低动量区抛物线行为，为小角散射分析提供依据。
2024-11-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Energetically favoured defects in dense packings of particles on spherical surfaces
相互作用的粒子在球体上的密集堆积已被证明是病毒衣壳和胶体体的有用模型。事实上，在病毒衣壳中观察到的二十面体对称性对应于发生幻数的势能最小值，例如，12、32和72个相同的Lennard-Jones颗粒，对于这些颗粒，填充具有正好最小数量的12个五重缺陷。然而，目前还不清楚这些结构对热搅动的稳定性如何。我们调查这个属性通过盆地跳跃的全球优化和朗之万动力学粒子数在10和100之间。一个重要的测量是点缺陷的数量和类型，即没有六个最近邻居的粒子。我们发现，小的二十面体结构是最强大的对热波动，表现出较少的过剩缺陷和重排的一个很宽的温度范围。此外，我们提供的证据表明，在低的非零温度下出现的多余的缺陷降低的熵为代价的势能。在较高的温度下，缺陷，如预期的那样，热激发，从而熵稳定。如果我们用一个非常短程的（Morse）势来代替Lennard-Jones势，我们会发现，同样的粒子数会给出势能的最小值，尽管对于更大的粒子数，这些最小值对应于不同的堆积。此外，缺陷是更难以激发热的短程电位，这表明短程相互作用进一步稳定平衡结构。
2017-02-28 cond-mat.soft
Rods are less fragile than spheres: Structural relaxation in dense liquids composed of anisotropic particles
我们进行了广泛的分子动力学模拟的致密液体组成的双分散二聚体和椭圆形的颗粒在2D的相互作用，通过排斥接触力。我们测量的结构弛豫时间从长时间衰减的中间散射函数的自部分的平移和旋转自由度（DOF）作为包装分数的函数，温度T，和纵横比α。我们能够将圆盘、二聚体和椭圆体在宽α范围内的依赖于α和T的结构弛豫时间压缩到一个通用的标度函数{ \cal F}_{ \pm }（|联系我们|，T，α），这与以前研究的三维纯排斥性球形粒子组成的稠密液体中所采用的方法相似。平移和旋转自由度的{ \cal F_{\pm} }的特征在于α相关标度指数μ和δ以及填充分数β_0（α），其表示每个纵横比的从硬粒子动力学到超阿克里乌斯行为的标度形式{ \cal F}_{ \pm }的交叉。我们发现，无论是椭圆还是二聚体，在λ_0处的脆弱性m（λ_0）都随着长径比的增加而单调减小。此外，由二聚体和椭圆形颗粒组成的致密液体的缓慢动力学的结果在定性上是相同的，尽管二聚体的零温度静态填充是均衡的，而椭圆形的静态填充是实体的。
2012-06-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Understanding shape entropy through local dense packing
从硬球或硬棒的稠密悬浮液到硬球和稀释剂的稀悬浮液，熵驱动胶体的相行为。最近，在计算机模拟和实验中已经证明了各向异性形状进入复杂晶体、液晶甚至准晶的熵有序。形状的有序化似乎是由定向熵力（DEF）的出现引起的，这些力使相邻的粒子对齐，但这些力既没有严格定义，也没有在通用系统中量化。在这里，我们定量地表明，形状驱动的各向异性颗粒系统的相行为时，拥挤通过DEF。我们在一般系统中定义了DEF，并计算了几个硬粒子系统。我们表明，他们是在几个千吨的顺序开始，放置DEF等同于传统的耗尽，范德华力，和其他内在的相互作用。在这些其他相互作用的实验系统中，我们提供了直接的定量证据，形状的熵效应也有助于自组装。我们使用DEF来区分自组装和包装行为。我们表明，产生定向熵力的机制是通过优化局部粒子包装的熵的最大化。我们表明，这种机制发生在广泛的系统类，我们治疗，在一个统一的方式，熵驱动的相位行为的任意形状结合柯克伍德，Onsager，朝仓和大泽的著名作品。
2014-10-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Topological Order in Densely Packed Anisotropic Colloids
拓扑序的存在常常与强耦合的量子物质联系在一起。在这里，我们证明了拓扑相的存在，在经典系统的密集，硬，各向异性多面体形状的胶体颗粒。我们发现，以前报道的过渡致密包装导致拓扑有序的热力学相的存在，我们表明是稳定的远离致密包装的限制。我们的工作扩展了已知的拓扑相位库，其实验实现可以为构建在波动存在下具有鲁棒性的等离子体材料提供新的手段。
2019-06-24 cond-mat.soft
Shear viscosity and wall slip behavior of dense suspensions of polydisperse particles
研究了有机硅聚合物与多分散粒子组成的密相悬浮液的剪切粘度和壁面滑移。使用三种类型的具有低纵横比的颗粒来实现0.86的相对高的最大填充分数。如此高的最大填充分数允许制备具有在0.62至0.82范围内的宽范围的固体体积分数的悬浮液。在稳定的扭转和毛细流动的悬浮液的壁滑移速度的特征在于，并确定是完全一致的表观滑移层形成在壁的机制。在壁面滑移修正后，发现在显著高于屈服应力的剪切应力下，悬浮液的相对剪切粘度很好地服从Krieger-Doughnard关系，该关系将致密悬浮液的相对剪切粘度行为仅与固体的体积分数与最大填充分数的比率联系起来。然而，在屈服应力附近的较低剪切应力下，相对剪切粘度成为体积分数与最大填充分数之比和剪切应力的函数。它清楚地表明，没有壁滑移分析的相对剪切粘度的稠密悬浮液的准确表征是不可能的。
2018-06-05 cond-mat.soft
Unpacking of a crumpled wire from two-dimensional cavities
近年来，人们对金属丝和其他线状材料在空腔中的紧密堆积结构的物理学进行了探索，这些物理学与褶皱系统和许多主题有关，从应用到病毒衣壳中的DNA包装和用导管进行外科干预，到与有限温度下的电子气和二维量子引力理论的类比。当一根长长的金属丝被注入二维空腔时，它会弯曲，并在堵塞的极限处形成一系列封闭的结构，我们称之为环。在这项工作中，我们研究了提取一个皱巴巴的紧密包装的电线从一个圆形的空腔，旨在单独删除循环。测量了每个取出的线圈的尺寸、打开每个线圈所需的最大力值以及取出的导丝的总长度，并将其与指数增长和平均场模型相关，该模型与压皱导丝的文献一致。这个过程的标度律的报告和包装和拆包的电线的过程之间的关系进行了评论。
2017-03-15 cond-mat.soft
Cooperative Motion of Active Brownian Spheres in Three-Dimensional Dense Suspensions
在三维空间中研究了自推进球形布朗粒子悬浮液的结构和动力学性质。我们的模拟揭示了相分离成稀相和密相，高于一定的密度和自推进强度。密相的填充分数在高活性下接近随机紧密填充，但系统保持流体。虽然没有对齐机制存在于这个模型中，我们发现长寿命的合作运动的粒子在密集的制度。此行为可能是由于接口引起的排序过程。空间位移关联函数的密度接近或高于被动系统的玻璃化转变密度的系统几乎是无标度的。
2015-05-11 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Shear thickening and jamming in densely packed suspensions of different particle shapes
我们研究了颗粒形状对密堆积悬浮液剪切增稠的影响。制造不同纵横比的杆和非凸钩形杆。粘度曲线和法向应力使用流变仪测量各种形状的填充分数。每种形状的悬浮液表现出定性相似的不连续剪切增稠。应力/剪切速率关系的对数斜率随着填充率的增加而急剧增加，并在取决于颗粒形状的临界填充率phi_c处发散。当填充率用φ c归一化时，不同凸形的粘度曲线对填充率的依赖性可以被瓦解。有趣的是，非凸形颗粒的粘度曲线不塌陷在与凸形颗粒相同的集合上，在更宽的填充分数范围内显示出强烈的剪切增稠。发现phi_c的值与堵塞转变处屈服应力的开始一致，表明堵塞转变也控制剪切稠化。屈服应力对应于悬浮液中的滞留空气，并且应力的规模可以归因于界面张力，由于堵塞的几何约束，界面张力在phi_c以上急剧增加。在剪切增稠和堵塞两种情况下，剪切应力与法向应力的关系都是线性的，表明剪切应力来自于摩擦。在零剪切速率的极限下，由于低于phi_c的液体的表面张力，法向应力将流变仪板拉在一起，但是由于高于phi_c的堵塞，法向应力将流变仪板推开。
2012-01-06 cond-mat.soft
Experimentally measuring rolling and sliding in three-dimensional dense granular packings
我们实验测量了一个三维颗粒系统在循环压缩下的可逆性。我们使用折射率匹配的流体对颗粒进行成像，然后使用变分自动编码器的人工智能对图像进行分析。这些技术使我们能够跟踪所有颗粒的平移和3D旋转，其精度足以推断滑动和滚动位移。我们的观察揭示了颗粒流中三维旋转运动所起的独特作用。我们发现，旋转和接触点的运动占主导地位的动力学在散装，远离扰动的来源。此外，我们确定的3D旋转是不可逆的循环压缩下。因此，接触点滑动，这是耗散，积累整个周期。使用数值模拟的准确性，我们的实验支持，我们发现，大部分的耗散发生在散装，其中晶粒旋转比他们翻译。我们的观察表明，需要对三维旋转进行分析，以了解颗粒材料独特而强大的吸收和耗散能量的能力。
2022-08-03 astro-ph.IM cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
