Universality in quasi-2D granular shock fronts above an intruder
本文对形状、尺寸和相对撞击速度系统变化的准二维稀相颗粒绕流进行了实验研究。流场的直接测量揭示了流场的不均匀性的三个原则上独立的测量实际上都是线性相关的：1）颗粒温度，2）流场发散和3）剪切应变速率。冲击波阵面被定义为这些测量中的每一个的局部最大值。激波阵面的形状可以用一个倒置的悬链线来描述，并且在定常流动中由动态拱的形成来驱动。我们发现的普遍性的冲击波阵面的函数形式的范围内的实验值探测。改变入侵者的大小、速度和撞击速度只会导致激波阵面的缩放和移动。我们独立地测量了入侵者的水平升力，发现它可以被理解为激波轮廓和入侵者形状之间相互作用的结果。
2017-05-31 cond-mat.soft
Continuum simulations of shocks and patterns in vertically oscillated granular layers
我们研究冲击和驻波图案之间的相互作用，在垂直振荡层的颗粒介质使用三维，时间依赖的数值解的连续方程的Navier-Stokes顺序。我们模拟了在重力方向上正弦振荡的板上的一层颗粒。当板块振动的加速度幅值超过某一临界值时，驻波形成条纹图案。冲击也形成与层和板之间的每个碰撞，我们表明，这些冲击形成的压力梯度导致流动层内的反向。这种反转导致了图案的振荡状态，该图案相对于板的振荡是次谐波的。最后，我们研究了在不同频率下振荡的层中的冲击和图案之间的关系，并表明图案波长随着冲击强度的增加而单调增加。
2010-09-14 cond-mat.soft
Energy trapping and shock disintegration in a composite granular medium
颗粒材料表现出强烈的非线性行为，影响波在介质中的传播。我们报告的第一个实验观察脉冲能量约束和由此产生的冲击波和孤立波的解体。该介质由高模量与不同质量的低模量链的数量级的交替集合组成。被捕获的能量包含在复合链的“较软”部分中，并在较长的时间内以微弱的分离脉冲的形式缓慢释放。这种效果通过使用特定的组组装和叠加力来增强。
2005-09-24 cond-mat.soft
Impulsive shock wave propagation in granular packings under gravity
本研究通过实验揭示了重力下3D颗粒堆积中脉冲激波传播的交叉现象，发现非线性声学状态、激波前沿特征宽度及激波与声波共存等关键机制，为理解冲击驱动的波传播及3D FPUT-like系统提供了新视角。
2025-09-17 cond-mat.soft
An experimental assessment of displacement fluctuations in a 2D granular material subjected to shear
在颗粒材料中，当观察单个颗粒时，宏观均匀变形并不对应于均匀位移场。颗粒位移与连续场所指示的值的偏差（称为波动）可能包含关于颗粒重排所涉及的特征长度的有价值的信息，这是颗粒材料不可逆变形的主要机制。本文介绍了一个选择的结果，从一系列的剪切试验的二维模拟粒状材料。我们遵循Radjaïn和Roux（2002）的开创性工作所开辟的路线，并使用相同的框架来分析我们关于位移波动的实验数据。数字图像相关技术被用来测量和表征位移波动。其空间组织的分析揭示了一个最小的长度尺度，这是平均粒径的10倍的顺序出现。
2012-08-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Mobility in immersed granular materials upon cyclic loading
我们研究的流动性的对象嵌入在一个浸没的颗粒填料，并进行循环载荷。在这个目标中，我们进行了实验，使用玻璃珠浸泡在水中和一个水平板进行循环上举力。在不同的循环力的频率和振幅进行的测试证据的三个流动性制度的发展，使板保持几乎不动，稳步向上移动或缓慢向上蠕动。结果表明，当频率增加时，在较低的力值下可以发生稳定的板块上抬。我们提出了一种解释，这种频率削弱行为的基础上力松弛实验和理论粘弹塑性力学模拟的流动性响应的分析。这些结果和分析指出了固有的差异，在流动性之间的响应稳定和循环加载浸没粒状材料。
2020-05-07 cond-mat.soft
Shocks in Vertically Oscillated Granular Layers
本文采用分子动力学模拟和Navier-Stokes方程数值解研究了垂直振荡颗粒层中激波的形成。在每个振荡周期期间，平坦的颗粒层从振荡板抛出，并在周期的稍后与板碰撞。碰撞产生层压缩附近的板和高温冲击波阵面，迅速向上传播通过层。冲击波是高度依赖于时间的，传播通过层在只有四分之一的周期。我们比较数值解的连续方程的分子动力学模拟，假设二进制，无摩擦硬球之间的瞬时碰撞。这两个模拟结果的冲击波的位置，形状和速度吻合得很好。对非弹性效应的研究表明，激波速度随非弹性的减小而连续增加，弹性限度不是奇异的。
2003-09-18 cond-mat.soft
Pattern formation and shocks in granular gases
颗粒状介质，如沙子和糖，在自然界和工业中无处不在，但不如流体或固体那么好理解。我们考虑的行为快速颗粒流的动量转移的碰撞占主导地位。对于静止或缓慢移动的颗粒的相反限制，物理学是完全不同的（例如，沙堆）。为了了解颗粒流，我们考虑两个问题，已与实验，粒子模拟和流体动力学理论研究：垂直振荡颗粒层和流动的障碍。当容器加速度幅值超过一个临界值（约为重力加速度的2.5倍）时，振荡颗粒层自发地形成空间图案。硬球的模拟，保持线性动量和耗散碰撞中的能量是在定性上符合所观察到的模式的一些方面，但不是所有的。在模拟中必须考虑摩擦和角动量守恒，以达到与观测定量一致。[摘要]
2004-08-11 cond-mat.soft
Uniform Shock Waves in Disordered Granular Matter
围压$P$可能是控制颗粒物质性质的最重要参数。在许多方面，强压缩颗粒介质是简单固体，其中弹性扰动以普通声子的形式传播。然而，声速在粒状骨料不断降低围压的降低，完全消失在堵塞-解除堵塞的过渡。这种反常行为表明，在低压下的能量输运不应该由声子主导。在这项工作中，我们使用模拟和理论来展示如何颗粒系统的响应变得越来越非线性的压力降低。在低压区，弹性能量主要通过非线性波和冲击传递。我们数值表征这些冲击的传播速度，形状和稳定性，并通过一个简单的分析方法模型的压力和冲击强度的冲击速度的依赖性。
2012-08-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Acoustic emissions of nearly steady and uniform granular flows: a proxy for flow dynamics and velocity fluctuations
在颗粒流期间发射的地震波由不同的源产生：颗粒间冲击产生的高频和全球运动和大尺度变形产生的低频。为了揭示这些不同的机制，对干准定常颗粒流发射的地震波进行了实验研究。使用冲击加速度计记录发射的地震波，并使用快速相机捕获流动动态。分析了颗粒冲击的力学特性，以及冲击之间的持续时间和颗粒运动的相关性。高频地震波（1-50 kHz）被发现起源于颗粒冲击和波被困在流动层。低频波（20-60 Hz）由颗粒沿着其轨迹的振荡产生，即由剪切期间的膨胀/压缩循环产生。颗粒温度（即颗粒速度波动的平方）和平均速度的轮廓进行了测量，并与流的平均特性以及倾斜角和流的厚度。这些配置文件，然后在一个简单的稳定颗粒流模型预测辐射地震能量和能量效率，即流动势能转换为地震能量的分数。导出了与地震功率、剪切应变率和惯性数有关的标度律。特别地，发射的地震功率与颗粒温度成正比，颗粒温度也与平均流速有关。
2021-01-11 cond-mat.soft
A Comprehensive Dataset of Grains for Granular Jamming in Soft Robotics: Grip Strength and Shock Absorption
CSIRO（联邦科学与工业研究组织）；University of Queensland（昆士兰大学）；Queensland University of Technology（昆士兰科技大学）；University of Melbourne（墨尔本大学）
我们测试了颗粒干扰机器人组件中各种颗粒材料的抓地力和减震性能。颗粒材料包括一系列天然的、制造的和3D打印的材料，包括各种形状、尺寸和肖氏硬度。两个主要的实验被认为是，都代表令人信服的软机器人颗粒干扰的用例。第一个实验测量抓握力（以牛顿为单位测量的保持力），当我们用选定的颗粒类型填充乳胶气球并将其用作颗粒堵塞夹持器来拾取一系列测试对象时。第二个实验测量由惯性测量单元记录的减震性能，该惯性测量单元悬挂在颗粒材料的封套中并从设定的高度落下。我们的研究结果突出了一系列形状，尺寸和柔软度的影响，包括颗粒变形性是抓握强度的关键决定因素，有趣的是，3D打印颗粒中较大的颗粒尺寸可以产生更好的减震材料。
2022-12-13 cond-mat.soft cs.RO
1-d granular gas with little dissipation in 0-g : A comment on "Resonance oscillations in Granular gases"
它表明，最近的结果一维粒状气体在容器中的振动活塞，这是由冲击波传播建模，可以理解与建模使用的想法来自“单粒子热力学”。定义e为单次碰撞能量恢复系数的平方根，N为粒子总数，在N（1-e）<<1的限制下计算动量往返过程中的平均损失。当N（1-e）<<1时，系统既不能传播声波，也不能传播冲击波;当N（1-e）<<1时，系统的流体力学方程不能成立。Pacs编号：5.40 ; 45.70 ; 62.20 ; 83.70.Fn
2005-06-24 cond-mat.soft
Frictional weakening of vibrated granular flows
通过数值计算研究了剪切颗粒介质在边界简谐振动作用下的摩擦特性。这种振动被认为在削弱流动方面起着重要作用，但振幅、频率和压力对该过程的独立影响仍不清楚。基于量纲分析和DEM模拟，我们表明，除了先前提出的标准峰值加速度，导致中断的接触，削弱需要的绝对振幅平方的位移是足够大的相对于围压。分析提供了一个基础，预测流受到任意外部振动，并表明，以前未被认识到的第二个过程，是依赖于耗散有助于剪切削弱振动。
2023-03-01 cond-mat.soft 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
Shock Wave Structure in a Strongly Nonlinear Granular Lattice with Viscous Dissipation
在一维晶格（例如颗粒链）的冲击波结构与粘性耗散粒子之间的位移的力的幂律依赖被认为是和相应的长波近似相比。在离散模型中加入了一个依赖于相邻粒子间相对速度的耗散项，以研究其对定常激波轮廓形状的影响。临界粘性系数是从长波近似获得的任意值的指数n和表示从振荡的过渡到单调的冲击轮廓stronly非线性系统。在弱非线性情况下，临界粘度系数的表达式收敛于已知的临界粘度方程。基于该表达式的粘度值与具有对应于n = 3/2的赫兹接触相互作用的离散颗粒晶格的数值分析中获得的值相当。离散系统中的初始扰动在传播一小段距离后接近于静止激波轮廓，该距离与静止激波阵面的前导脉冲的宽度相当。当粘性等于其临界值时，激波阵面宽度最小。
2006-07-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The non-local repercussions of partial jamming in dense granular flows
本文建立了颗粒材料的非局部行为和流动中堵塞颗粒的瞬态集群的存在之间的联系。这些集群首先证明在模拟致密颗粒流受到平面剪切，并发现起源于多个正交剪切带的机制。一个连续的非本地模式，在形式上类似的非本地合作模式，然后推导出考虑这些集群引起的涡量的空间再分布。因此，非局域性长度尺度用簇大小表示。这种推导的纯运动学性质表明，非本地行为应预期在所有玻璃材料，无论其本地的本构关系，只要他们部分堵塞在流动过程中。
2018-08-06 cond-mat.soft
Using Limited Neural Networks to Assess Relative Mechanistic Influence on Shock Heating in Granular Solids
本研究利用有限神经网络，以分箱初始密度为输入，预测颗粒高能炸药冲击加热，通过改变密度场空间范围评估各机制相对重要性及长度尺度。
2023-04-27 cond-mat.mtrl-sci 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
Ergodic-nonergodic transition in tapped granular systems: The role of persistent contacts
在过去的三十年里，静态颗粒堆积在修正的平衡统计力学的框架内进行了研究，该框架假定遍历性为基本假设。该框架进行测试的规范的例子包括在一系列的静态配置访问的粒状列进行水龙头。通过分析一个现实的模型的晶粒的响应，我们表明，体积和应力变量访问不同区域的相空间在低抽头强度在不同的实现的实验。我们表明，自来水强度超过采样攻丝成为遍历一致的强制打破所有粒子-粒子接触在每个抽头。这些结果意味着，众所周知的“可逆”分支抽头颗粒柱是有效的，只有在相对较高的抽头强度。
2017-03-09 cond-mat.soft
Turbulent-like fluctuations in quasistatic flow of granular media
我们分析了均匀准静态剪切作用下模拟颗粒系统中的颗粒速度涨落。我们发现，尽管这些波动的物理起源不同，但它们都具有以下流体湍流的标度特性：1）在小时间尺度上具有非高斯加宽的尺度相关概率分布; 2）幂律谱，反映了波动的长程相关性和自仿射性质; 3）相对于平均背景流的超扩散。
2002-05-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Particle size effect on strength, failure and shock behavior in Polytetrafluoroethylene-Al-W granular composites
金属颗粒尺寸和样品孔隙率的变化显著地改变了使用聚四氟乙烯（PTFE）、铝（Al）和钨（W）粉末的冷等静压混合物加工的高密度颗粒复合材料的动态力学性能。准静态和动态实验进行相同的组分的质量分数与W颗粒的尺寸和压制条件的变化。相对较弱的聚合物基质允许该材料的强度和断裂模式由聚集的金属颗粒的颗粒型行为控制。在所有实验中，与粗W颗粒相比，在相对高孔隙率的样品中观察到更高的极限抗压强度。由金属颗粒组成的中尺度颗粒力链解释了这种不寻常的现象，这是在落锤试验的流体动力学模拟中观察到的。宏观裂纹的形成低于临界破坏应变的基质和不寻常的行为，由于致密化和断裂之间的竞争，在动态测试中的多孔样品也被观察到。冲击加载的这种颗粒状复合材料导致较高的分数的总内能沉积在软PTFE基体，特别是热能，这可以通过定制的W粒径分布。
2008-06-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Aspects of weakening in granular assemblies
本文研究了在缓慢增加的偏应力作用下大的（N~10^4）二维准静态颗粒集合体的数值模拟。我们报告的一些特殊性，在这些包装的行为，尚未解决。滑动接触的数量不一定与稳定性相关：首先，滑动接触的数量随着施加的应力线性且平滑地增加。然后，在大约一半的峰值应力，增加放缓，平台的发展，并随之下降。
2010-05-18 cond-mat.other cond-mat.soft
Grain Dynamics in a Two-dimensional Granular Flow
我们已经使用粒子跟踪方法来研究在一个小角度的二维漏斗中的颗粒流组成的单个球的动力学。我们统计分析了许多球的轨迹来研究冲击波传播的机制。特别是，我们研究的创建，和相互作用，冲击波。我们还研究了颗粒温度的作用，并绘制平行的交通流动力学。
2000-10-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Evolution of Internal Granular Structure at the Flow-Arrest Transition
采用组构张量描述颗粒材料的内部接触和力网络，研究了颗粒材料在剪切停止和剪切流动状态下内部颗粒结构的演化。当摩擦颗粒的稀释系统受到恒定的压力和剪切应力，体积应力比是很好的预测从其接触和力网络的各向异性在瞬态流之前稳定的剪切流或剪切制动。虽然发病的剪切制动是一个随机过程，逮捕时的织物张量分布在几乎相等的贡献力和接触网络各向异性的体积应力比。随着系统规模的增加，分布似乎变得更窄。在剪切制动状态下的接触网络的各向异性是令人想起的剪切堵塞填料中观察到的织物各向异性。
2020-05-19 cond-mat.soft
Erosion dynamics of a wet granular medium
液体可赋予粒状介质强的内聚性质，并赋予类似固体的行为。本文研究了半满转鼓内干颗粒流对湿颗粒物质固定圆形聚集体的冲蚀问题。在旋转过程中，干燥的谷物围绕固定的障碍物流动。我们表明，其直径随时间线性降低低液体含量，湿颗粒被拉出的聚集。这种腐蚀现象受液体性质的控制。腐蚀速率与表面张力呈指数关系减小，而与粘度的-1次方有关。我们提出了一个模型的基础上产生的力的波动内流，解释两个依赖关系：毛细管力作为一个阈值和粘度控制的侵蚀时间尺度。我们还提供了实验，使用不同的流动颗粒证实我们的模型。
2014-12-08 cond-mat.soft
Shock waves in two-dimensional granular flow: effects of rough walls and polydispersity
本文研究了小角度漏斗中球的二维流动，当侧壁粗糙或球是多分散的时。在早期的工作中的单分散流动光滑漏斗，我们观察到的运动冲击波/密度波的形成。我们发现，粗糙的墙壁的流动是更无序比光滑的墙壁和冲击波一般传播得更慢。对于粗糙壁漏斗流，我们表明，激波速度和频率服从简单的标度律。这些标度律与光滑壁流的标度律一致，但在这里，它们更干净，因为包装部位的影响更少，我们研究的参数范围更广。对于管流（平行侧壁），粗糙壁支持许多激波，而光滑壁表现出较少或没有激波。对于不同大小的球的漏斗流，我们发现弱多分散性的流的行为定性类似于单分散流。对于强多分散性，缩放分解并且冲击波由漏斗完全被阻塞的扩展区域组成。
2002-12-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Simulation Study of Internal and Surface waves of Vertically Vibrated Granular Materials
本文采用分子动力学方法对二维振动流化颗粒物料进行了数值模拟。对模拟结果的统计分析表明，在每个振动周期内都存在向上传播的激波。在一定的驱动参数下，类似于正常流体中法拉第不稳定性的表面波与内波共存。探讨了两种波之间的关系。模拟结果还表明，周期性海底结构会改变表面波的频散关系和振幅。
2005-11-29 cond-mat.soft
Shocks in supersonic sand
我们测量时间平均的速度，密度和温度场稳定的颗粒流过去的楔形和计算速度的颗粒压力扰动（声速）等于10%的流速。气流是超音速的，形成的激波几乎与超音速气体中的激波相同。牛顿定律的分子动力学模拟和玻尔兹曼方程的蒙特卡罗模拟产生与实验定量一致的场。Navier-Stokes方程的数值解与实验条件下的分子动力学模拟一致。
2001-08-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Smooth waves and shocks of finite amplitude in soft materials
近年来发展起来的软质材料表现出非线性波传播特性，在能量捕获、冲击缓冲和波聚焦等方面具有潜在的应用价值。本文研究了受横向和轴向冲击复合作用的大变形材料，并研究了由此产生的非线性波。我们确定的影响，预变形和所采用的本构模型的诱导运动的依赖性。我们分析了新Hookean本构模型，并表明它不能捕捉剪切冲击和拉伸诱导的冲击，在软材料的实验结果相比。我们发现，Gent本构模型预测，压缩冲击可能不足以引起一个准压力冲击-但它可能会引起一个准剪切冲击，拉伸冲击可以触发准压力冲击-并可能同时触发一个准剪切冲击，与实验数据一致。我们表明，拉伸冲击必须大于一个计算的阈值，诱导冲击，并表明，这个阈值降低了预剪切的应用。
2019-01-02 cond-mat.soft
Wet granular bed eroded by a dry granular flow
LMGC, University of Montpellier, CNRS, France（蒙彼利埃大学）；Geo-Ocean, Univ. Brest, CNRS, IFREMER, Plouzané, France（布雷斯特大学）
研究通过DEM模拟揭示了湿润颗粒床在干燥颗粒流侵蚀下的两种侵蚀模式，并提出了基于惯性数和粘性指数的快速侵蚀缩放定律。
2026-02-23 cond-mat.soft
Shocks near Jamming
非线性声音是一种极端现象，通常在剧烈爆炸后的固体中观察到。但颗粒介质是不同的。当它们卡住时，这些脆弱和无序的固体表现出消失的刚性和声速，因此即使是微小的机械扰动也会形成超音速冲击。在这里，我们进行模拟，其中二维堵塞颗粒填料动态压缩，并证明，基本激发是强烈的非线性冲击，而不是普通的声子。我们捕获的压力和冲击强度的冲击速度的完全依赖于一个令人惊讶的简单的分析模型。
2011-12-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Power law scaling of early-stage forces during granular impact
我们的实验和计算研究的早期部队入侵者的影响与颗粒床的制度，其中的冲击速度接近颗粒力的传播速度。实验使用不同刚度的光弹性盘的2D组件，并在2D和3D中进行互补的离散元模拟。在冲击的初始阶段的峰值力和它发生的时间只取决于冲击速度，入侵者的直径，颗粒的质量密度，和颗粒的弹性模量，根据幂律标度形式，不符合庞斯莱模型，颗粒冲击理论，或附加质量模型。我们的研究结果对许多系统细节的不敏感性表明，它们也可能适用于类似材料的冲击，如泡沫和乳液。
2020-04-27 cond-mat.soft
Gases, liquids and crystals in granular segregation
我们报告的结果分离的实验研究在一个二元混合物的干颗粒进行水平振荡激励。颗粒薄层是由水平塔板表面的粘滑摩擦相互作用驱动的。随着混合物的填充分数增加，观察到不同相的演变。我们将它们分别鉴定为二元气体、分凝液体和分凝晶体，并提供了鉴定它们性质的微观和宏观方法。最后，我们在我们的颗粒系统和自组装二元胶体混合物中的隔离之间绘制了一些类比。
2004-03-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Granular temperature controls local rheology of vibrated granular flows
该研究通过数值模拟揭示受振剪切颗粒流的局部流变规律，发现颗粒温度可降低摩擦与组构各向异性，结合带耗散热方程实现系统封闭，为稠密颗粒流研究提供通用方法。
2024-05-21 cond-mat.soft physics.geo-ph
Rheology of dense vibrated granular flows: non-monotonic response controlled by granular temperature
Université Paris-Saclay, CNRS, Laboratoire de Physique des Solides（巴黎萨克雷大学）；The Earth Observatory of Singapore, Nanyang Technological University（南洋理工大学新加坡地球观测中心）；Department of Mathematics and Physics, University of Campania “Luigi Vanvitelli”（坎帕尼亚路易吉范维泰利大学数学与物理系）；Institute for Complex Systems CNR（CNR复杂系统研究所）；Department of Physics, University of Rome “La Sapienza”（罗马第一大学物理系）；INFN, Sezione Roma2（意大利国家核物理研究所罗马第二分部）；Department of Engineering, University of Campania “Luigi Vanvitelli”（坎帕尼亚路易吉范维泰利大学工程系）
本研究通过数值模拟揭示了振动下密集颗粒流的非单调流变响应，发现颗粒温度和围压平衡决定了粘度和摩擦弱化行为。
2026-03-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Pressure Waves During Granular Flows in Varying Gravity Environments
本研究通过LAMMPS分子动力学模拟30,000个软球体在垂直料仓中的二维重力流，探讨了不同重力、弹性模量和出口直径下产生的向上压力波，发现这些波为非线性激波且遵循与线性波预期不同的幂律。
2025-06-27 cond-mat.soft
Evolution and stability of shock waves in dissipative gases characterized by activated inelastic collisions
之前的实验表明，通过耗散气体驱动的冲击波可能会变得不稳定，例如，在颗粒气体和经历强驰豫效应的分子气体中。控制这些不稳定性的机制还没有得到很好的理解。我们成功地分离和研究了活塞驱动冲击波传播到介质中的典型问题，其特征在于非弹性碰撞过程的不稳定性。我们对待标准模型的颗粒气体，其中粒子碰撞被视为非弹性常数恢复恢复系数。非弹性在足够强的碰撞中被激活。对30，000个粒子进行了分子动力学模拟。我们发现，所有的冲击波研究变得不稳定，与密度不均匀性形成的弛豫区。发现这些手指的波长与特征弛豫厚度相当。用解析和数值方法得到了弹性碰撞和非弹性碰撞的冲击Hugoniot曲线。对这些曲线的分析表明，不稳定性不是Bethe-Zeldovich-Thompson或Dyakov-Kontorovich类型。对具有相同热力学历史的对流流体元中的激波弛豫率和成团率的分析结果优于均匀颗粒气体的成团不稳定性。相反，早期瞬态演化的波重建表明，不稳定性的发作发生在重新加压的气体后，在铅冲击后面的介质的初始松弛。这种再加压在存在强密度梯度的情况下产生内部压力波。这表明不稳定性的机制更可能是产生涡的Richtmyer-Meshkov型，依赖于瞬态松弛期间内压波发展的作用。
2015-01-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Shocks in sand flowing in a silo
本文研究了准二维筒仓底部孔板中颗粒状物质泄流时表面激波的形成。在高流速下，观察到表面强烈偏离平滑的线性倾斜轮廓，让位于倾斜底部附近表面高度的急剧不连续性，这是阻塞流的典型响应，例如在牛顿流体如水的水力跃变中遇到的。我们目前的实验结果，描述了这种跳跃的存在条件，描述了它的结构，并给出了它的发生解释。
2001-10-20 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
A scalar model of inhomogeneous elastic and granular media
我们从理论上研究如何颗粒材料的应力传播特性的演变，因为他们受到不断增加的压力，比较的结果，一个二维的标量晶格模型的分子动力学模拟稍微多分散光盘。我们使用力的直方图和两点的空间关联函数的力量的统计特性的特点。对于晶格模型，在颗粒极限的力直方图有一个指数的尾巴在大的力量，而在弹性制度的力直方图是窄得多，并有一个形式，取决于在模型中实现的无序。随着压力的增加，分子动力学模拟中的力直方图的行为与晶格模型所显示的非常相似。与此相反，空间相关性在晶格模型和分子动力学模拟中定性地不同地演化。对于晶格模型，在颗粒的限制，有没有在平面内的应力-应力的相关性，而在分子动力学模拟显着的平面内的相关性坚持研究的最低压力。
2000-05-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Simulation of Lateral Impulse Induced Inertial Dilation at the Surface of a Vacuum-Exposed Granular Assembly
本研究利用SSDEM模拟真空环境下颗粒通道的横向脉冲作用，首次发现压缩孤波可诱发长距离惯性表面膨胀，揭示了膨胀的影响因素，为月球冷斑形成提供了潜在解释。
2025-09-04 cond-mat.soft physics.space-ph
Jamming and Flow in Granular Matter: A Physics Lab Course Experiment
Institute for Condensed Matter Physics, Technical University of Darmstadt（达姆施塔特工业大学凝聚态物理研究所）；German Aerospace Center (DLR), Institute of Frontier Materials on Earth and in Space – Functional, Granular, and Composite Materials（德国航空航天中心前沿材料研究所）
本文介绍利用扩散波光谱法研究垂直震动下沙粒动力学的实验装置，揭示颗粒阻塞与热力学玻璃转变的相似性，为当前研究领域提供入门实验。
2026-03-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.class-ph
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
Dynamic induced softening in frictional granular material investigated by DEM simulation
用离散单元法模拟了由摩擦玻璃珠组成的颗粒系统。颗粒间的力是基于赫兹接触定律在法向与摩擦切向力。由于碰撞的阻尼也占。系统加载在各种应力和准静态弹性模量的特点。通过一组诊断应变测量对宽范围AC驱动振幅和频率的谐振响应，每个系统都接受广泛的动态测试协议。该系统在小AC驱动振幅下是线性的，其谐振频率向下偏移（即，模量软化）。详细的测试表明，滑动接触率并没有显着贡献，这种动态模量软化，但配位数是强烈相关的，这种减少。这表明，软化产生于扩展的结构变化，通过中断和接触期间的重排珠的位置由AC振幅驱动的重塑。
2017-06-19 cond-mat.soft physics.geo-ph
Rheology of granular particles immersed in a molecular gas under uniform shear flow
本文通过Grad矩方法求解Boltzmann方程，研究了浸没在分子气体中的非弹性硬球稀薄气体在均匀剪切流下的非牛顿输运性质，发现高质量比下存在不连续剪切增稠效应，且理论结果与模拟高度吻合。
2024-05-07 cond-mat.soft
The yielding of granular matter is marginally stable and critical
致密颗粒材料的机械屈服是一种迷人的流变现象，超过此范围，在足够大的变形下，应力不再随应变而增加。理解与屈服相关的机械响应行为是颗粒物理学以及其他相关领域（包括玻璃物理学、材料科学、微物理学和活性物质生物物理学）的基本目标。然而，尽管近半个世纪的理论努力，在非晶态固体屈服的性质仍然在很大程度上难以捉摸相比，其晶体对应物。在这里，我们的实验研究的力学响应的二维双分散堵塞磁盘进行体积不变的纯剪切，专注于屈服的行为。我们表明，剪切下的配置的微观力学和几何特征可以用两个临界指数的弱力和小间隙分布最初提出的各向同性干扰过渡。通过两个指数之间的标度关系，我们发现屈服转变满足边际力学稳定性条件，屈服后出现全局失稳。屈服的临界性是由一个显着的磁化率峰值，量化的玻璃重叠序参量的波动揭示。此外，我们发现一个明显的过渡屈服前，这是与发病的结构各向异性。
2023-02-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Numerical simulations of granular dynamics II. Particle dynamics in a shaken granular material
我们太阳系的行星和小天体的表面经常被一层颗粒状物质覆盖，这些物质可以是从细风化层到不同深度的砾石状结构。因此，颗粒物质的动力学参与了行星和小天体演化过程中发生的许多事件，从而有助于其地质性质。我们证明，新的适应的并行N体硬球代码pkdgrav有能力准确地模拟的关键功能的集体运动的双分散颗粒状材料在一个密集的制度，由于震动。作为一个严格的测试的数值代码，我们调查复杂的集体有序和运动的颗粒物质的直接比较与实验室实验。我们证明，如实验观察到的，集体运动的规模随着小颗粒添加剂浓度的增加而增加。然后，我们扩展我们的调查，以评估如何自我重力和外部重力影响集体运动。在我们的简化重力模拟中，重力条件和振动频率大致与遭受地震震动的小行星的条件相匹配，尽管真实的风化层可能比我们理想化的模拟更加异质，也更不有序。我们还表明，集体运动可以发生在一个广泛的粒子间的重力条件下，在没有外部引力场的颗粒物质。这些调查表明，能够模拟相关行星科学尚未达到地球实验室实验条件的极大兴趣。
2013-06-07 astro-ph.EP cond-mat.soft
Scalar conservation laws with nonconstant coefficients with application to particle size segregation in granular flow
颗粒状物质在受到剪切时会因颗粒大小而分离，例如在雪崩中。双分散颗粒混合物的演化可以用非线性一阶偏微分方程来模拟，只要剪切（或速度）是位置的已知函数。虽然雪崩驱动的剪切在深度上近似均匀，但边界驱动的剪切通常会产生具有非线性速度分布的剪切带。在本文中，我们测量的速度分布从实验数据和解决初值问题，模仿在实验中观察到的偏析，从而验证连续模型的值。为了简化分析，我们只考虑一维的配置，其中一层小颗粒被放置在一层大颗粒的环形剪切单元内，并剪切任意长的时间。我们将测得的速度分布拟合到深度的指数函数和将剪切带与材料的其余部分分离的分段线性函数。初值问题的每个解都是非标准的，在指数情况下涉及弯曲特性，在分段线性情况下涉及特征速度跳跃的材料界面。
2010-02-09 cond-mat.soft math.AP
Athermal granular creep in a quenched sandpile
实验研究了颗粒堆体流动中的蠕变、流动及转变，发现表面流动与体相蠕变在临界惯性数附近转变，且淬火后沙堆仍持续蠕变，为非热颗粒蠕变及土壤变形研究提供新视角。
2024-02-15 cond-mat.soft physics.geo-ph
Shock (Blast) Mitigation by "Soft" Condensed Matter
一个共同点是，“软”凝聚物（如颗粒状材料或泡沫）可以减少冲击或爆炸造成的损害。这是因为它们能够吸收大量的能量。这当然是一个准静态类型的变形，在低速度的影响，这种材料被广泛用于包装的易碎设备的情况下。与此同时，爆炸现象的缓解必须考虑到“软”物质的冲击波特性，这些物质通常表现出高度非线性、高度非均匀和耗散行为。本文采用简化方法研究了“软”凝聚态物质在爆炸减缓中的应用，分析了一些异常效应，并对这一激动人心的领域的未来研究提出了建议。
2007-08-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A predictive model for fluid-saturated, brittle granular materials during high-velocity impact events
针对高速度冲击下流体饱和脆性颗粒材料，基于孔隙力学和混合物理论构建热力学框架模型，整合颗粒破碎、孔隙演化、冲击加载及流体耦合机制，实现对干沙和饱和沙动态响应的准确预测。
2023-08-31 cond-mat.soft physics.flu-dyn
