Coherent force chains in disordered granular materials emerge from a percolation of quasilinear clusters
致密颗粒材料和其他颗粒聚集体传递应力的方式掩盖了它们的微观结构紊乱。颗粒接触网络的子集是惊人的连贯性，其中接触几乎线性排列并传递大的力。重要的材料属性与这些力链有关，但它们的起源仍然是一个谜。我们分类子网络的线性连接，并显示出现的渗流过渡在一个临界线性网络是稀疏的，连贯的，并包含力链。临界线性子网络反映了宏观应力，解释了颗粒力学的独特特征。
2019-07-05 cond-mat.soft
Alignment and anisotropy of stresses in disordered granular media
本文提出孤立颗粒簇的最小力平衡模型，结合成对约束预测硬球堆积的应力排列，并在料斗和简单剪切模拟中得到定量验证。
2025-06-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Vibrational similarities in jamming-unjamming of polycrystalline and disordered granular packings
通过离散元模拟发现，多晶与无序颗粒堆积体在堵塞-去堵塞循环中低频振动指数变化不同，但距堵塞密度相同距离处指数与历史无关，表明振动特征可恢复。
2025-06-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Evolution of shock instability in granular gases with viscoelastic collisions
粒状介质中的冲击已被证明会产生不稳定性。我们解决的作用，冲击发展的早期阶段对这种类型的不稳定性。我们看看在一个稀释系统的光滑非弹性磁盘，使用离散粒子和连续模拟的活塞驱动的冲击波的演变。为了模拟真实的粒状气体，粘弹性碰撞近似为发生非弹性碰撞所需的冲击速度阈值$u^*$。我们表明，冲击演化的行为是依赖于活塞速度的比例，冲击速度阈值$u_p/u^*$，和恢复系数$\varepsilon$。对于$u_p/u^*=2.0$，我们恢复冲击演化行为类似于在纯非弹性介质中观察到的。其特征在于，在获得展开结构之前，冲击波阵面拉向活塞的时间很短。未观察到$u_p/u^*=1.0$回撤。结果表明，这些较强的冲击，在这一发展阶段的不稳定性的开始。这些结果表明，激波演化的早期阶段在激波不稳定性中起着重要的作用。
2014-09-04 cond-mat.soft
Elegance of disordered granular packings: a validation of Edwards' hypothesis
我们已经找到了一种方法来分析爱德华兹的静态颗粒填料的状态密度在圆形，刚性，无摩擦颗粒的特殊情况下，假设恒定的配位数。它获得了最熵密度的单颗粒状态，它预测了几个可观的，包括接触力的分布。我们将这些结果与颗粒填料动态模拟中获得的经验数据进行比较。该协议是相当不错的，帮助验证使用统计力学方法在颗粒物理。理论和物理学之间的差异主要与配位数有关，当经验数据按配位数排序时，我们得到了一些见解，这些见解表明了态密度的潜在优雅。
2005-04-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Neurofilaments function as shock absorbers: compression response arising from disordered proteins
在细胞的骨架结构中使用无序而不是折叠的蛋白质，细胞能得到什么？无序的蛋白质具有多种共存的构象，并且通常包含充当随机行走形状的聚合物的片段。使用X射线散射，我们测量的无序蛋白质水凝胶，这是神经元细胞的主要应力响应组件的压缩响应。我们发现，在高压缩，他们的机制是由气体一样的空间位阻和离子排斥。在低压缩下，特定的吸引相互作用占主导地位。这是证明了相当大的水凝胶膨胀所引起的关键短蛋白质片段的截断。因此，松软无序的蛋白质形成弱交联的水凝胶，并充当减震器，其维持大的变形而不失效。
2016-09-05 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
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
A sidewall friction driven ordering transition in granular channel flows: Implications for granular rheology
我们报告了从无序状态到有序状态的过渡，在几乎单分散的颗粒状物质的流动中流动的倾斜通道与凹凸不平的基础，在离散元方法模拟。对于低的颗粒侧壁摩擦系数，颗粒是无序的，并获得Bagnold速度分布。然而，对于高侧壁摩擦，获得有序状态，其特征在于颗粒的分层和每层中颗粒的六方堆积。由局部键取向序参量量化的有序化程度在通道的截面中变化，在侧壁附近具有最高的有序化。流动转变显著影响局部流变学：与无序状态相比，有序状态下的有效摩擦系数较低，并且填充分数较高。一个简单的模型，结合当地订购的程度，示出描述系统的流变学。
2017-06-17 cond-mat.soft
Stress transmission in granular matter
通过一个无序的颗粒系统的力的传输研究的几何拓扑的方法，减少到一组层的颗粒包装。这种分层结构构成了力链的骨架。给定颗粒堆积和施加力的区域，这样的骨架是唯一定义的。在这个框架内，我们写了一个方程的垂直力的传输，可以解决递归层逐层。我们发现这个方程的一类特殊的解析解是Lévi稳定分布。我们讨论了临界性和脆弱性之间的联系，我们展示了如何无序包装自然诱导力链和拱门的形成。我们指出，关键政权，幂律分布，与粗糙度的拓扑层。然而，脆性与局部颗粒重排或所施加的力的变化引起的力网络中的局部变化有关。结果进行了比较，最近的实验观察颗粒物和计算机模拟。
2001-12-17 cond-mat.dis-nn 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
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
Reorganization of a 2D disordered granular medium due to a small local cyclic perturbation
我们测量实验的重排，由于一个小的本地化的循环位移施加到重力下的刚性颗粒在一个二维几何形状的包装。通过考虑单个粒子位移和粗粒位移场以及平均堆积分数和配位数，我们分析了对这种扰动的响应的演化。我们发现，位移响应是相当长的范围内，并发展相当大的循环次数。我们表明，一个小的差异，在制备方法（诱导自攻容器）导致显着的修改的响应，虽然包装分数的变化是分钟。不仅初始响应，而且其进一步的演化也随着制备而改变，表明系统在许多循环之后仍然保留初始制备的记忆。然而，经过足够数量的周期，两种制备方法的位移响应收敛到一个近径向场与1/r衰减的扰动源。所观察到的制备方法之间的差异似乎与配位数的变化有关（配位数对堆积的演变比堆积分数更敏感）。具体地说，它可以理解为局部拱断裂的影响，这会影响力的横向传递。
2006-05-30 cond-mat.dis-nn 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
The origin and nature of Boson Peak: the normal mode analysis of disordered granular crystals
尽管广泛的理论\cite{GanterPRL1998, ElliotPRL2001,SchirmacherPRL2007, TanakaNatureM2008, MonacoPNAS2009, MarruzzoSCIRP2013}和实验研究\cite{ChumakovPRL2011, ChumakovPRL2014, KayaScience2010,KChenPRL2010, LXuPRL2012, BonnPreprint2014}，在凝聚态物理中的一个长期的难题仍然是关于“玻色子峰”（BP）的起源和性质，其中玻璃中的振动态密度（DOS）与晶体对应物相比具有过量的状态。在这里，我们表明，BP是成功地观察到在二维六角形颗粒堆积，其中的无序是由于力的网络，即弹性\cite{MarruzzoSCIRP2013}的空间异质性。利用光弹技术\cite{TrushNature2005}，可以精确地测量无序粒子的相互作用，以解决BP的起源和性质的第一次在一个真实的场景。我们发现的结构DOS的无序晶体让人想起相应的完美的晶体，这是一致的，最近的研究在$SiO_2$ \cite{ChumakovPRL2014}和无序凝胶\cite{LorenzoGelPaper2011}，尽管有很大的不同系统。此外，我们提出了一种机制，以澄清BP不仅是一个扩大和转移范霍夫奇异性\cite{ElliotPRL200…
2016-10-19 cond-mat.soft
Level statistics and Anderson delocalization in two-dimensional granular materials
与二维无序材料中的所有波都是局部化的理论预测相反，在各向同性堵塞的二维无序颗粒堆积的光弹性圆盘中，仅在足够高的频率下观察到安德森局域化。更具体地说，我们已经进行了一个实验，在分析正常模式振动的水平统计。我们观察到在低频玻色子峰值制度和本地化模式的高频制度与交叉频率略低于德拜频率的离域模式。我们发现，水平距离分布服从高斯-正交-包络（GOE）统计，即Wigner-Dyson分布，在玻色子峰区，而在高频区泊松统计观察。的情况下，发现在三维无序固体的谐波振动激发相吻合。
2020-08-17 cond-mat.soft
Shock Propagation in Granular Flow Subjected to an External Impact
我们分析了最近的一个实验[物理学评论快报，{ \bf 103}，224501（2009）]，其中定量地研究了由钢球在玻璃珠的流动单层上的冲击产生的冲击。我们认为，径向动量守恒的过程中，因此表明，在二维的激波半径增加的时间$t$作为一个幂律$t^{1/3}$。这在非弹性硬球系统的事件驱动模拟中得到了证实。实验数据与理论预测进行了比较，并显示比较以及在中间时间。在后期，实验数据表现出交叉到不同的标度行为。我们把这归因于问题变得有效的三维由于在冲击波前的颗粒的积累，并提出了一个简单的硬球模型，其中包括这种效果。该模型的模拟捕获了实验数据中看到的交叉。
2012-02-02 cond-mat.soft
Laws of Granular Solids. Geometry and Topology
在粒状固体中，机械平衡需要在无序颗粒尺度上的力的微妙平衡。为了理解这种非晶态固体的宏观刚性是如何出现的，我们必须理解牛顿定律是如何从无序颗粒尺度过渡到实验室尺度的。在这项工作中，我们介绍了一个精确的离散微积分，其中牛顿定律出现在一个单一的粮食规模的微分关系。使用这种演算，我们引入规范变量描述相同的力和力矩平衡的配置。在第一个内在公式中，我们使用接触网络的拓扑结构，而不是它的几何结构。在第二个，外在的制定，我们介绍几何与Delaunay三角剖分。这些公式显示，与精确的方法，拓扑和几何形状在无序介质中是如何相关的约束。特别是，我们推导出艾里的表达式的发散自由，对称应力张量在二维和三维。
2011-10-14 cond-mat.soft
Rotational sound in disordered granular materials
我们采用数值模拟来了解无序摩擦盘系统中弹性驻波的演化，其中旋转声模式的色散关系进行了详细的分析。在晶格上的摩擦粒子的情况下，旋转模式表现出“光学”的色散关系在高频率制度，代表一个肩膀的振动态密度和旋转速度的自相关的快速振荡。一个基于格子的模型描述了小波数的旋转模式的色散关系。如果接触圆盘之间的切向弹性力足够大，则该模型可以很好地解释转动模式。如果切向力与法向力相当或小于法向力，则模型在短波长下失效。然而，旋转模式的色散关系，然后遵循横向模式的模型预测，这意味着磁盘的旋转切换到声学声音行为的快速振荡。我们通过分析无序摩擦盘的本征矢量证明了这种旋转模式的转变，并确定了频带的上限和下限。我们发现，这些是不可逆的切向刚度的整个范围内作为一个显着的区别，在晶格上的摩擦粒子的旋转声音。
2018-07-21 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
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
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
Effect of inelasticity on the phase transitions of a thin vibrated granular layer
我们描述了一个振动薄，致密的颗粒层组成的相同的金属球的有序和无序相的实验和计算调查。我们比较的结果与不同数量的非弹性球，并表明非弹性有很强的影响相图。我们还报道了在高振动振幅或大非弹性下，有序相熔化成均匀无序液相。我们的研究结果表明，耗散有很强的影响，在这个系统中，有序相是完全不存在的高度非弹性材料。
2008-11-20 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
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
Sound damping in frictionless granular materials: The interplay between configurational disorder and inelasticity
Kyoto Sangyo University（京都产业大学）；University of Tokyo（东京大学）
研究二维颗粒材料中声音阻尼机制，通过模拟驻波演化和分析速度自相关函数与功率谱，探讨非弹性相互作用对声学特性的影响，发现非弹性作用主导了构型无序引起的声衰减。
2020-08-22 cond-mat.soft
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
Phases of granular matter
从无序介质（如液体）中均匀成核晶体结构的理解仍然是凝聚态物理中一个重要的未解决的问题。在过去的二十年中，从一些实验结果的指导下的颗粒和胶体系统，包括特别是在胶体和颗粒系统中的均匀成核的观察，我们提出了一种替代的统计力学的方法来静态颗粒物质在1989年由爱德华兹和奥克肖特。
2018-08-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
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
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
Force network ensemble: a new approach to static granular matter
提出了一种求解静态颗粒填料中力分布的系综方法。这个框架是基于包装和力尺度的分离，连同一个先验的平坦的措施，在力相空间的约束下，接触力是排斥和平衡的每一个粒子。我们展示了如何的形式主义产生现实的结果，无论是无序和定期的“斯诺克球”的配置，并获得最近提出的类型的非热介质的剪切诱导的无干扰过渡。
2004-01-15 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Grain volume distribution alters the critical phenomena in complex granular systems
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
Induced and endogenous acoustic oscillations in granular faults
无序系统的摩擦特性受外界扰动的影响。这些扰动通常通过降低宏观摩擦系数来削弱系统。这种摩擦减少在由两个板块之间的粒状颗粒组成的无序系统的情况下特别令人感兴趣，因为这是地震断层的简单模型。事实上，在地球物理学的背景下，摩擦弱化可以解释一些断层的意外弱点，以及地震的远程触发。在这篇手稿中，我们回顾了最近的结果，有关的反应限制颗粒系统的外部扰动，考虑到不同的机制，扰动可能削弱系统，相关的摩擦减少地震，以及讨论有趣的情况下，削弱是不是单调的扰动频率，使一个重入过渡观察，因为系统首先进入流化状态，然后返回到摩擦状态。
2019-01-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Stress transmission in planar disordered solid foams
平面开孔多孔固体中的应力传递分析使用最近的理论开发的边缘刚性颗粒组件。这是通过在两个系统之间构建一对一映射而实现的。一般的三价网络映射到粗糙晶粒的组件，而观察到高原规则的网络，映射到光滑晶粒的组件。应力传递方程的本构部分通过新的组构张量将应力直接耦合到细胞结构的局部旋转无序。分析的一个有趣的结果是，应力场可以确定的微观结构独立的应力-应变信息。这重新定义了这些材料的结构-性能关系问题，并对这种形式主义与弹性理论之间的关系提出了问题。偏离传统固体的应力传递方程已被解释为一种新的固体物质状态的颗粒状组件的上下文中，这种解释的相关性的物质状态的细胞固体进行了讨论。
2003-01-15 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Investigating Disordered Granular Matter via Ordered Geometric Fragmentation
Independent Researcher, Auckland, New Zealand
研究颗粒物质在逐步碎裂过程中占据体积的变化，通过几何模型发现碎裂过程非单调，体积先超初始值后单调减少，且与颗粒数无关，同时揭示了不同配置的几何相变。
2026-03-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dispersive wave propagation in disordered flexible fibers enhances stress attenuation
本研究通过实验和计算分析了冲击应力波在无序柔性纤维堆积体中的传播，发现色散波传播在较大长径比和中等柔性的系统中更普遍并增强应力衰减，为改进颗粒材料阻尼技术提供了新见解。
2024-09-17 cond-mat.soft physics.app-ph
A model for the onset of oscillations near the stopping angle in an inclined granular flow
我们提出了一个解释中看到的密集，倾斜流动的非弹性，摩擦球的数值模拟振荡的发病。它是基于无序和有序碰撞状态之间的相变，这种相变可能被力链的形成所中断。有序态和无序态之间的低频振荡发生在弱颠簸的基底上;在强颠簸的基底上的高频振荡涉及延伸到基底并中断相变的粒子链的形成。状态方程的不稳定部分引起的振荡的预测频率和振幅与模拟中看到的相似，并且它们以相同的方式取决于接触刚度。这种振动可能是流沙产生的声音的来源。
2013-12-05 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The classical granular temperature and slightly beyond
本文的一个目的是讨论经典定义的颗粒温度作为其热力学等价物的扩展和一个有用的概念，它提供了一个重要的表征流化颗粒物质。回顾一些基本概念和技术（重点是基本问题），我们提出了新的结果，可以表现出强烈的违反均分的系统，但服从经典的颗粒流体动力学，即一个二元颗粒气体混合物的描述。本文的第二个目标是提出一个结果，属于致密颗粒和分子固体一样，即存在一个修正的弹性能量，这是相关的热通量方程的连续介质力学。后者是相同的（第二）阶的应变作为弹性能量。虽然最近对颗粒物质，玻璃和其他无序多体系统的温度定义不在本文的范围内，但我们在最后一节对这个问题做了一些一般性的评论。
2007-02-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Motile dissenters disrupt the flocking of active granular matter
我们报告植绒在干燥的活性颗粒物质的毫米大小的两步锥形棒没有中间介质。该体系在临界面积分数~ 0.12处发生了植绒相变，颗粒间具有较高的取向相关性。然而，一步锥形杆不植绒，并作为运动的反对者在植绒形成颗粒物质。在反对者的临界分数约为0.3时，系统的群集顺序被完全破坏。系统的序参量的方差在异议分数f ~ 0.05附近显示出最大值，表明有序相和无序相之间存在有限尺寸的交叉。
2020-02-17 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
Hierarchical and ultrametric barriers in the energy landscape of jammed granular matter
Peking University（北京大学）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
研究通过数值方法探索颗粒物质在阻塞转变附近能量景观的分层和超度量特性，揭示了能量障碍的无标度分布及超度量空间特征。
2025-12-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Force and geometric signatures of the creep-to-failure transition in a granular pile
Swarthmore College（斯沃斯莫尔学院）；University of Michigan（密歇根大学）；University of Edinburgh（爱丁堡大学）
研究通过实验探讨颗粒堆中蠕变与破坏的特征，分析力网络和空隙几何结构的变化，揭示蠕变-破坏过渡的力学与几何机制。
2026-05-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Strain versus stress in a model granular material: a Devil's staircase
本文用数值模拟的方法研究了二维刚性无摩擦盘的无序填料在逐渐变化的应力作用下所达到的一系列平衡态。在配置空间中的轨迹的统计特性被发现是独立的统治颗粒动力学的具体假设，并确定的几何形状。宏观加载参数的单调增加会导致离散的重排序列。对于双轴压缩，我们表明，由于统计的重要性，这样的事件的大幅度，所产生的应变应力方向的依赖性是一个列维飞行的热力学极限。
2009-01-20 cond-mat.soft
Acoustic measurement of a granular density of modes
在玻璃和其他无序材料中，对振动态密度的测量表明，与晶体材料中的德拜标度相比，过多的长波长（低频）模式与机械刚度的损失有关。在本文中，我们提出了一种新的技术来测量模式（DOM）在一个真正的颗粒材料，在其中我们模仿热激发使用白噪声声波的密度。由此产生的振动检测与压电传感器嵌入内部的一个子集的颗粒，从中我们能够计算DOM通过频谱的速度自相关函数，以前应用于热系统中的技术。单个粒子的速度分布被观察到是高斯分布，但由于单个分布的宽度不同，总体分布是非高斯分布。尽管这种偏离一个真正的热系统，我们发现，DOM表现出几个热的功能，包括德拜标度在压缩的六角形有序包装，并增加在低频率模式的围压降低。在无序包装，我们发现，一个特征频率$f_c$随压力的增加，但更弱的比已经观察到的模拟无摩擦包装。
2012-09-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Nucleation in sheared granular matter
本文介绍了一个宏观颗粒球堆积结晶的实验。该系统通常被认为是热驱动原子或胶体系统的模型。循环剪切摩擦球堆积，我们观察到一个一级相变从无序到有序状态。有序状态由与无定形体共存的混合FCC和HCP对称性的微晶组成。由均质成核引发的转变克服了64.5%体积分数的障碍。成核主要由小核的溶解和核的生长组成，核的生长已经达到约10个球的临界尺寸。
2017-12-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Observation of two-wave structure in strongly nonlinear dissipative granular chains
在强非线性粘性颗粒链中，在排除驻波的载荷条件下（例如，我们观察到由两个相互连接但不同的部分组成的脉冲。一种是领先的窄“主脉冲”，其性质类似于“声波真空”中的孤立波。“它产生于没有耗散的强非线性和离散性，但现在由于粘性而衰减。另一种是一个广泛的，更持久的冲击状的“二次脉冲”落后于主脉冲和粘性耗散所造成的。主脉冲后面的介质从“声波真空”转变为具有有限声速的介质。当快速衰减的初级脉冲消失时，次级脉冲继续在“声波真空”中传播，如果粘度相对较小，则会出现振荡前沿，直到其最终（但非常缓慢）解体。超过一个临界粘度有没有分离的两个脉冲，和耗散和非线性占主导地位的冲击状衰减脉冲，现在表现出非振荡的前面。
2006-08-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Short Pulse Dynamics in Strongly Nonlinear Dissipative Granular Chains
研究了脉冲在强非线性颗粒链中传播时的能量衰减特性。我们观察到一个波扰动，在低粘度由两个部分表现出两个完全不同的时间尺度的耗散。一部分是衰减孤立波，像无耗散链一样，受离散性和非线性效应支配，寿命较短。另一种是纯粹的耗散冲击结构，具有更长的寿命，只存在于耗散的存在。粘度和初始配置，导致这种复杂的波扰动的范围进行了探讨。
2008-08-04 cond-mat.soft
Acoustic Probing of the Jamming Transition in an Unconsolidated Granular Medium
沿着未固结颗粒堆积结构的机械自由表面引导的声波实验提供了关于颗粒介质在非常低的压力下的弹性的信息，该压力自然地由重力加速度和表面下的深度控制。比较所确定的色散关系与理论模型的引导表面声学模式揭示了颗粒介质的弹性模量对压力的依赖性。实验证实了最近的理论预测，通过非仿射运动的无序颗粒堆积松弛导致一个特殊的缩放剪切刚度与压力附近的堵塞过渡对应于零压力。出乎意料的是，与大多数现有理论不一致的是，体积模量以与剪切模量非常相似的方式取决于压力。
2019-11-15 cond-mat.soft physics.class-ph
An exact expression of three-body system for the complex shear modulus of frictional granular materials
提出三粒子模型研究振荡剪切下堵塞摩擦颗粒材料的非线性力学响应，推导出复剪切模量的精确解析表达式，满足堵塞点附近标度律，能以单一拟合参数再现无序多体系统结果。
2023-02-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
