Particle Scale Dynamics in Granular Impact
我们进行了实验研究颗粒的影响，入侵者从上面的光弹性磁盘的二维床罢工。高速视频捕捉入侵者的动态和当地的颗粒力响应，允许调查在这个过程中的颗粒尺度机制。我们观察到丰富的声学行为在入侵者的前沿，强烈波动的空间和时间，我们表明，这种声学活动控制入侵者减速，包括在短时间尺度的大的力波动。平均入侵者动态匹配以前的研究使用经验力定律，提出了一个新的微观图片，其中声能被带走和消散。
2012-12-05 cond-mat.soft
Acoustic Monitoring of Inelastic Compaction in Porous Granular Materials
本研究通过同步测量超声波速度与声发射，揭示了侧限加载下胶结颗粒材料从内聚到非内聚态转变的非弹性压实机制，发现其宏观延脆性行为由颗粒间胶结的局部过程控制。
2023-10-25 cond-mat.soft
Synchronized oscillations and acoustic fluidization in confined granular materials
根据声流化假说，即使没有外部扰动，地震断层内部也会形成特征频率的弹性波。这些波能够产生与围压相反的法向应力并促进破坏。在这里，我们研究的机制，负责通过数值模拟的颗粒断层模型的波激活。我们观察到的粒子属于的膨胀骨干，这维持的应力，执行同步振荡的椭圆形轨迹在断层面。这些振荡发生在声流化的特征频率。随着施加的剪切应力的增加，这些振荡变得垂直于断层面之前的系统失败，反对围压，一致的声波流化的情况。在声流化频率下，外部扰动可以引起相同的取向变化。
2018-01-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.geo-ph
Tunable mechanical properties and air-based lubrication in an acoustically levitated granular material
James Franck Institute, University of Chicago（詹姆斯·弗兰克研究所，芝加哥大学）；Department of Physics, University of Chicago（芝加哥大学物理系）；Department of Physics, Drexel University（德雷塞尔大学物理系）；Department of Chemistry, Stanford University（斯坦福大学化学系）；Department of Radiology, Stanford University（斯坦福大学放射学系）；Department of Chemical Engineering, Stanford University（斯坦福大学化学工程系）
本研究通过声学悬浮技术调节颗粒材料的机械性能，并利用空气层实现润滑效果，探索大颗粒粘结环境下润滑的影响。
2024-12-17 cond-mat.soft
An explicit granular-mechanics approach to marine sediment acoustics
本文采用颗粒力学理论与离散元模拟研究海洋沉积物声学，揭示无序颗粒堆积结构导致相速度和衰减的反常频率标度律。
2024-05-10 cond-mat.soft physics.geo-ph
Acoustodynamic mass determination: Accounting for inertial effects in acoustic levitation of granular materials
本文研究声学陷阱中颗粒材料受流体惯性影响的动力学，通过考虑边界层效应定量解释与斯托克斯动力学的偏差，并利用振荡测量校准陷阱和表征粒子。
2023-08-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Stick-slip instabilities in sheared granular flow: the role of friction and acoustic vibrations
本文提出了一个致密颗粒材料的剪切流理论。该理论的一个关键因素是有效温度，它决定了材料如何响应外部驱动力，如剪切应力和振动。我们表明，在我们的模型中，即使材料在较大的速率下发生速率强化，颗粒之间的摩擦也会在中等剪切速率下产生粘滑行为。此外，外部产生的声振动改变粘滑振幅，或完全抑制粘滑，这取决于压力和剪切速率。我们构建了一个相图，表明粘滑发生在一个固定的振幅和频率的声振动的存在和不存在的参数制度。这些结果将微观物理学与宏观动力学联系起来，从而产生了关于各种颗粒现象的有用信息，包括沿地震断层的破裂和滑动、不稳定性的远程触发以及材料加工中摩擦的控制。
2015-07-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.geo-ph
Acoustic resonances in a confined set of macroscopic disks
在这项工作中，我们研究了一个系统的颗粒磁盘封闭在一个矩形区域。颗粒盘以高颗粒密度排列成六边形晶格。具体来说，我们感兴趣的是机械信号传输的条件。两种不同的潜力被认为是。我们的结果是通过软盘计算机模拟得到的。我们从相应的Hessian矩阵中解析地确定了系统的本征频率谱。或者，本征频率也可以从分子动力学模拟的时间演化中获得。先前的工作表明，颗粒物质中的机械信号传输可以用于开发声学开关。我们的研究结果表明，工作范围的颗粒开关的变化显着不同的相互作用模型。特别地，对于某些粒子间力，信号传输中可能出现强各向异性。
2019-11-14 cond-mat.soft
Nonlinear effects for coda-type elastic waves in stressed granular media
本文介绍了松散颗粒介质中多次散射弹性波的非线性声学效应的实验结果及其解释。中心频率高于介质的所谓截止频率的短波包在静态应力玻璃珠板的一侧发射，并在多次散射和非线性相互作用后在另一侧接收。由于非线性和散射，典型的信号与其初始辐射形状相比强烈失真。结果表明，声波的变形幅度远低于平均静态变形的接触在介质中可以修改介质的弹性性能，特别是对于弱接触骨架部分。这解决了声激励期间和之后的颗粒结构的再现性的问题，这是必要的，以了解在颗粒介质的弹性性能的声学方法的非破坏性测试。尾波信号分析被证明是一个强大的时间分辨工具，以监测轻微的修改，在弹性响应的松散颗粒结构。
2008-05-29 cond-mat.soft physics.class-ph
Anomalous wave reflection from the interface of two strongly nonlinear granular media
颗粒材料表现出强烈的非线性行为，影响信息在介质中的传播。动力学自组织的强非线性孤立波是颗粒链中的主要信息载体。在这里，我们报告的第一个实验观察到的戏剧性变化的反射率从界面的两个颗粒介质触发的非接触磁感应初始预压。将这种现象命名为“声二极管”效应可能是合适的。基于数值模拟，我们解释了这种效果的界面附近的粒子速度的高梯度。
2005-06-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Grains unchained: local fluidization of a granular packing by focused ultrasound
我们报告的实验结果提交给高强度聚焦超声的颗粒填料的动力学。声辐射压力示出远程诱导局部重排内桩以及在最初堵塞的系统中的焦点周围的全局运动。我们表明，这种流化过程是间歇性的一系列的声压和滞后时，压力是循环的。这种一阶样的无干扰过渡再现在数值模拟中，其中的声压场是由本地化的外力建模。对模拟填料的进一步分析表明，在间歇状态下，不堵塞与任何明显的先前结构特征无关。提出了一个简单的基于有效温度的两态模型来解释这些发现。
2016-01-13 cond-mat.soft
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
Shear-wave-induced softening and simultaneous compaction in dense granular media through acoustic lubrication at flow heterogeneities
我们报道了在声共振实验中，一个封闭的致密颗粒堆的同时软化和压实。弹性软化表现为剪切波速度的降低，当波幅增加超过某个阈值时。没有观察到宏观的晶粒重排或结晶，相反，弹性软化伴随着晶粒粗糙度尺度上的少量压实。我们解释这些明显的矛盾的意见，使用一个理论模型，剪切转换区（STZ）的基础上，软点和滑动接触。它预测的线性剪切应力-应变响应与可忽略的宏观塑性形变，由于小振幅的声波振荡。然而，这些波通过颗粒接触的声润滑降低颗粒间摩擦和接触刚度，导致结构无序或压实性增加和动态模量软化。压实与这种微观摩擦力的减少是一致的预测由一个伊辛样STZ之间的相关性在subyield制度。
2022-09-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Temporal analysis of acoustic emission from a plunged granular bed
采用实际时间和自然时间分析方法，分析了下落颗粒床声发射（AE）事件的统计特性。这些时间分析方法使我们能够调查AE事件的细节，遵循幂律分布。在实际时间分析中，最大事件（即，Omori-Utsu定律）。虽然前者总是表现出幂律形式，但后者并不总是服从幂律。事件发生过程的马尔可夫性也验证了使用标度律，假设它们都表现出幂律。我们发现，有效剪切应变率是区分颗粒声发射事件中幂律性和马尔可夫性出现率的关键参数。对于自然时间分析，通过计算自然时间的方差$χ_k$揭示了自组织临界态的存在，其中N个事件的$k$次自然时间定义为$χ_k=k/N$ .此外，能差分布可以用$q$ -高斯形式拟合，这也与系统的临界性相一致。
2015-09-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Active acoustic switches using 2D granular crystals
我们采用数值模拟来研究有源晶体管开关从二维（2D）粒状晶体包含两种类型的晶粒具有相同的大小，但不同的质量。我们调整颗粒的质量对比度和排列，以最大化设备中的频带隙的宽度。输入信号施加到器件一侧的单个晶粒，输出信号从器件另一侧的另一晶粒测量。改变一个或多个颗粒的大小可以调整压力，从而控制设备的振动响应。开和关状态之间的切换使用两种机制实现：1）压力诱导切换，其中颗粒间接触网络在开和关状态下相同，以及2）通过接触断开切换。一般而言，声学开关的性能，如通过增益比和接通与关断状态之间的切换时间所捕获的，对于压力诱导切换更好。我们表明，在这些声学开关的开和关状态之间的增益比可以大于$10^4$和开关时间（乘以驱动频率）是最近获得的声波晶体和小于光子晶体管开关。由于具有不同质量的颗粒自组装成2D粒状晶体是具有挑战性的，我们描述了模拟圆形颗粒与小圆形旋钮对称放置在周围的圆形颗粒混合没有旋钮。使用伞采样技术，我们表明，与晶粒与$3$旋钮的设备最有效地形成六方晶体，产生最大的带隙。
2019-02-06 cond-mat.soft
Shear flow of angular grains: acoustic effects and non-monotonic rate dependence of volume
天然存在的颗粒材料通常由角形颗粒组成，其形状和摩擦特性可能对宏观流动流变学具有重要影响。本文从理论上解释了最近在实验中观察到的一种特殊的自声压缩现象--角形颗粒中剪切带体积随剪切速率的非单调变化。我们的方法是基于这样的概念，即颗粒材料的体积是由一个有效的无序温度被称为压实度。被驱动颗粒材料中的噪声源耦合其各种自由度和环境，导致它们之间的熵流。颗粒尺度动力学由颗粒流的剪切转变区（STZ）理论描述，该理论解释了局部流动缺陷中的不可逆塑性形变，其密度由构型无序状态决定。为了模拟晶粒形状和摩擦特性的影响，我们提出了一个Ising样的内部变量来解释最近邻晶粒互锁和几何挫折，并解释摩擦的影响作为一个声学噪声强度。我们的实验测量和理论预测之间的定量协议，并提出额外的实验，提供严格的测试新的理论元素。
2014-08-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Sounds of Failure: Passive Acoustic Measurements of Excited Vibrational Modes
粒状材料可能会因地震或脆性断裂等自发事件而失效。然而，测量和分析模型，预测这类材料的故障，而根本和实际的利益，仍然难以捉摸。包括球体、胶体玻璃和颗粒材料的数值填充在内的材料已经知道随着围压的降低会产生过量的低频振动模式。在这里，我们报告剪切颗粒材料的实验中，我们通过被动监测声发射监测激发模式的不断变化的密度。我们观察到的激发模式的分布与体和局部塑性一致的扩大，和明确的演变之前和之后的分布的形状散装故障。这些结果提供了一个新的解释的变化状态的材料接近粘滑破坏。
2018-05-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Edges control clustering in levitated granular matter
小团簇的性质很大程度上取决于其组成粒子之间的相互作用。然而，设计和调节宏观颗粒之间的相互作用仍然具有挑战性，例如在颗粒材料中。在这里，我们使用声悬浮来捕获宏观颗粒并在它们之间产生力。我们的主要结果表明，悬浮在声场中的颗粒更喜欢沿着尖锐的边缘接触。边缘的曲率半径直接控制这些力的大小。这些高度定向的相互作用，结合局部接触力，产生了一系列不同的集群形状。我们的研究结果为宏观粒子之间的特定力的设计，指导它们的组装和驱动它们的运动开辟了新的可能性。
2019-06-06 cond-mat.soft
Interaction of a Contact Resonance of Microspheres with Surface Acoustic Waves
研究了表面声波与1 μm二氧化硅微球的轴向振动共振相互作用。采用激光感生瞬态光栅技术激发声表面波并测量其色散。测量的色散曲线表现出“避免交叉”的行为，由于杂交的SAW微球共振。我们比较了测量的色散曲线与我们的分析模型预测，并找到很好的协议。所提出的方法可用于研究微米和纳米颗粒的接触力学和粘附以及微尺度颗粒晶体的动力学。
2013-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Wave mitigation in ordered networks of granular chains
我们研究了应力波通过有序二维颗粒链网络的传播。准粒子连续介质理论捕获的声脉冲分裂，弯曲，并通过网络重组，并用于获得其有效的声学性质。通过数值模拟和实验测试，证实了理论预测的网络的强大的消浪性能。特别是，通过系统传播的领先的脉冲幅度示出与传播距离呈指数衰减和发射波的空间结构示出沿入射波的方向的指数本地化。这些指数衰减的特征的长度尺度的研究和确定作为网络的几何性质的函数。这些结果为设计有效的冲击缓解结构开辟了道路，并为波在颗粒物质中的传播机制提供了新的见解。
2013-12-03 cond-mat.soft nlin.PS
Dynamic effective mass of granular media and the attenuation of structure-borne sound
我们报告的实验和理论研究的频率依赖性的有效质量，$\tilde{M}(ω)$，松散的颗粒占据一个刚性腔，以给定的填充分数，剩余的体积是不同湿度的空气。这使我们能够研究颗粒介质中的弹性响应和声学模式的衰减机制。我们证明，这是一个敏感和直接的方式来测量这些属性的颗粒介质的声学特性的变化的结构，包含颗粒填充的空腔的原因。具体来说，我们将这种理解的情况下，一个矩形杆的弯曲共振与一个充满粮食的空腔内it. The主要特点的$\tilde{M}(ω)$是一个尖锐的共振和广泛的背景，我们分析的背景下，简单的模型。我们发现：a）这些系统可以根据取决于高度和取决于直径的有效声速（$\sim 100-300$ m/s）和有效粘度（$\sim 5\times 10^4$泊）来理解。b）存在动态詹森效应，在这个意义上，在任何频率下，并且取决于样品制备的方法，大约一半的有效质量由空腔的侧壁承担，一半由底部承担。c）通过在不同湿度条件下进行实验，我们得出结论，在基本水平上，在我们的实验中，声学模式的阻尼由颗粒-颗粒接触处的吸附水膜主导，而不是由全局粘性阻尼主导。d）湿度对颗粒介质内的基本共振的阻尼具有单调增加的影响，其转化为颗粒负载棒内的阻尼的非单调但可预测的变化。
2015-10-12 cond-mat.soft
Avalanches can increase stored energy in a granular fault
Université Lyon 1-CNRS, Institut Lumière Matière（里昂第一大学-法国国家科学研究中心，光与物质研究所）
本文通过同步测量发现，颗粒断层中的雪崩可同时导致膨胀和弹性储能增加，表明雪崩能将应力重分布至更高载荷构型，对断层物理有重要意义。
2026-09-15 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft physics.geo-ph
Friction law and hysteresis in granular materials
颗粒物质的宏观摩擦力往往会随着流速的增加而减弱，从而导致潜在的灾难性间歇现象，包括地震和山体滑坡。我们从理论上和数值模拟研究这种现象在简单的颗粒材料。我们表明，速度减弱，对应于一个非单调的行为，在摩擦法$μ(I)$，是存在的，即使动态和静态微观摩擦系数是相同的，但消失较软的颗粒。我们认为，这种不稳定性是由内源性的噪声，这往往使接触滑动，导致更快的流动和噪声增加。我们发现，软点，或在材料中的可激发区域，对应于滚动接触，即将滑动，其密度是由一个非平凡的指数$θ_s$。我们建立了一个微观理论的非单调性的$μ(I)$，这也预测的标度行为的声学噪声，滑动接触$χ$和滑动速度的分数，在$θ_s$。令人惊讶的是，当粒子变得无限硬时，这些量没有限制，正如数值所证实的那样。我们的分析合理化以前无法解释的意见，并提出新的实验验证的预测。
2017-11-13 cond-mat.soft
Energy dissipation in high speed impact on granular media
本文研究了高速冲击颗粒介质时的能量耗散机制，发现其主要由力链网络大规模重组探索亚稳态导致，传统阻力模型在此失效，且空间维度显著影响早期峰值力与冲击速度的标度关系。
2023-05-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft physics.geo-ph
Complex contact-based dynamics of microsphere monolayers revealed by resonant attenuation of surface acoustic waves
基于接触的振动在颗粒材料的动力学中起着至关重要的作用。含有宏观粒子的降维系统已经获得了对振动颗粒动力学的重要见解。我们研究了固体基底上二维单层微米级微球的接触振动。激光产生的表面声波的共振衰减的测量揭示了三个集体振动模式涉及的微球的位移和旋转。为了识别模式，我们调整粒子间的刚度，这将改变水平旋转共振的频率，同时使垂直共振不受影响。从测得的接触共振频率，我们确定颗粒基板和颗粒间的接触刚度，并发现前者是一个数量级大于后者。这项研究铺平了道路，为调查复杂的基于接触的动力学的微粒介质，展示了一种新的声学超材料，并产生一种新的方法来研究微纳米接触力学在多粒子网络。
2015-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Dynamic effective mass of granular media
我们开发的概念，频率依赖的有效质量，M（ω），堵塞的颗粒材料，占据一个刚性腔的填充率为48%，其余的体积是正常的室内条件或控制湿度的空气。M（Ω）的主要特征提供了颗粒介质中声模耗散、弹性和老化效应的特征。我们进行湿度控制的实验和解释的数据在一个连续模型和“陷阱”模型的热激活毛细管桥在接触点。结果表明，在颗粒材料的衰减显着影响的动力学之间的接触处的粗糙的毛细凝聚。
2016-03-28 cond-mat.soft
Stress-dependent normal mode frequencies from the effective mass of granular matter
一个零温度临界点已被调用，以控制颗粒物质的异常行为，因为它接近堵塞或机械逮捕。临界性表现在低频正常模式的异常频谱和干扰过渡附近的标度行为。临界点可以解释玻璃和粒状材料等不同系统的特殊力学性质。在这里，我们研究的关键情况下，通过实验测量的正常模式下的颗粒物质的有效质量的极点分解分析的压力下的频率。我们提取了一个复值特征频率，显示缩放$|ω^*(σ)|\simσ^{Ω'}$与消失的应力$σ$的各种颗粒系统。临界指数小于平均场论的预测值，这对解释摩擦耗散颗粒物质的临界指数提出了新的挑战。我们的研究结果揭示了颗粒材料在阻塞转变附近的应力相关声学和衰减的异常行为。
2014-10-20 cond-mat.soft
Enhanced dynamic homogenization of hexagonally packed granular materials with elastic interfaces
众所周知，经典的能量一致的微极模型在模拟填充颗粒材料的频率能带结构方面具有局限性（参见Merkel等人，2011年）。这里示出，如果进行离散模型的差分运动方程的标准连续化，则获得能够精确地模拟离散模型的光学分支的等效微极连续体。然而，这种均匀化的连续提出了非正定义的弹性势能，一个缺陷，限制了模型的可靠性，并意味着在声学分支的不稳定现象（不稳定效应）。这个缺点是规避这里通过高频动态均匀化计划，这是基于增强的连续化的离散控制方程到伪微分方程。通过拟微分算子的形式泰勒展开，得到了与非局部连续统的控制方程相对应的高阶微分方程。由此产生的方法允许获得一个等效的微极连续的惯性非局部性的特点。此外，可以导出具有非局部本构项和惯性项的高阶连续体。所提出的连续体模型被证明能够准确地描述离散颗粒模型的静态和动态行为。最后，当高阶连续体的阶数增加时，收敛到离散系统的响应。
2021-04-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Evidence of Raleigh-Hertz surface waves and shear stiffness anomaly in granular media
由于赫兹接触的非线性，颗粒物质中的声速随着压力而增加。在重力下，非线性弹性描述预测声传播仅可能通过表面模式，称为瑞利-赫兹模式，并由折射率梯度引导。在这里，我们直接证明这些模式在一个受控的实验室实验，并用它们来探测的弹性性能的颗粒填料下消失的围压。横向和矢状模式的形状和色散关系进行比较，包括有限尺寸效应的非线性弹性的预测。这允许测试在接近堵塞过渡处是否存在剪切刚度异常。
2008-03-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Slow relaxation and aging phenomena at nano-scale in granular materials
具有亚稳态元件的复杂系统通常表现出接近对数时间的弛豫和一种老化：重复的刺激削弱了系统的弛豫响应。众所周知，颗粒物质表现出丰富的这种行为，其中热涨落的作用通常被忽略。然而，我们证明，后者可以明显影响接触介观尺度的粗糙，并通过适当的声学效应进行宏观观察。我们还提出了一个机制，包括缓慢的弛豫和老化的内在性质的广泛的一类系统的亚稳态。
2014-03-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.geo-ph
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
Proximity to Jamming Governs Acoustic Attenuation in Damped Packings
Van der Waals-Zeeman Institute, Institute of Physics, University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学物理学院范德瓦尔斯-泽曼研究所）；Naval Postgraduate School（美国海军研究生院）；Process and Energy Laboratory, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学能源与工艺实验室）
研究人员提出堵塞网络散射（JNS）框架，通过数值模拟揭示流体饱和颗粒介质中声学衰减的线性频率依赖性源于颗粒堆积的临界频率转变，相关特征与实验数据吻合。
2026-08-31 cond-mat.soft
High speed imaging of traveling waves in a granular material during silo discharge
我们报告实验观察声波在颗粒状材料在共振筒仓放电称为筒仓音乐。采用高速成像技术跟踪粮食运动，采用加速度计和声学方法检测筒仓共振。颗粒在相邻的垂直位置不同相振荡，但信息在该系统中以声波的形式向上传播。我们发现，波的速度是不恒定的整个筒仓，但大大增加了对系统的下端，这表明在这个区域，在那里的流动变化从圆柱形收敛流的压力增加。在筒仓的上部，波速与相同材料静置（无流动）时测得的声速相匹配。谷物振动仅在筒仓上部表现出粘滑特性。
2011-02-03 cond-mat.soft
Precision measurement of tribocharging in acoustically levitated sub-millimeter grains
电介质颗粒的接触带电形成了无数物理现象的基础。然而，即使是颗粒之间碰撞充电的基本方面仍然不清楚。在这里，我们开发了一种新的实验方法，基于声悬浮，这使我们能够可控地和反复碰撞两个亚毫米颗粒和测量其电荷的演变。因此，这是第一个摩擦充电实验，以提供完整的电隔离的粮食粮食系统从其周围环境。我们使用这种方法来测量三种不同的材料组合：聚乙烯-聚乙烯，聚苯乙烯-聚苯乙烯，和聚苯乙烯-磺化聚苯乙烯的颗粒对之间的碰撞充电率。直接和非侵入性地碰撞不同组成材料、化学功能、尺寸和形状的颗粒的能力为详细研究颗粒材料中的碰撞充电打开了大门。
2019-10-21 cond-mat.soft
Nonlinear Low-to-High Frequency Energy Cascades in Diatomic Granular Crystals
本文研究了冲击载荷作用下一维强非线性双原子颗粒晶体中波的传播。取决于“轻”与“重”珠的质量比，该系统表现出从高度局部化的行波到以强衰减为特征的高度色散波的丰富的波动动力学。我们通过实验证明了粒子的非线性共振和反共振相互作用，并验证了非线性共振导致强烈的波衰减，从而导致高效的非线性能量级联，而不依赖于材料阻尼。在这个过程中，机械能从低频转移到高频，而传播波通过独特的空间级联以有序和混沌波形出现。这种从低到高的频率和波数的能量转移机制对于设计具有固有被动能量再分布特性的新型非线性声学超材料具有特别重要的意义。
2015-08-07 cond-mat.other cond-mat.soft
Experimental measurements of the granular density of modes via impact
提出一种利用单次冲击声学测量三维颗粒材料模态密度的实验方法，发现低压下低频模态过剩及随压力移动的低频峰，为研究颗粒模态密度提供了简便手段。
2024-07-26 cond-mat.soft
Localization and instability in sheared granular materials: Role of friction and vibration
剪切带和粘滑不稳定性在剪切颗粒材料中已被长期观察到。然而，它们的微观基础，相互依存关系和不同的负载条件下的可变性还没有得到充分的探讨。在这里，我们使用一个非平衡态热力学模型，剪切转换区理论，研究动态的应变局部化及其连接剪切，干燥，粒状材料的滑动稳定性。我们考虑摩擦和无摩擦颗粒以及声振动的存在和不存在。我们的研究结果表明，在低和中等应变率，持久的剪切带的发展只有在没有振动。在这些速率下，振动倾向于破坏颗粒网络并使滑移去局部化。粘滑现象只发生在摩擦颗粒上，且仅限于剪切带内。在高应变率下，粘滑消失，不同的系统表现出相似的应力-滑移响应。改变振动强度、持续时间或应用时间会改变系统响应，并可能导致长期的流变变化。我们分析这些观察结果之间的可能的过渡率加强和速率减弱的反应之间的竞争促进剪切诱导的膨胀和振动诱导的压实。我们讨论了我们的结果的影响，在断层泥填充带的动态触发，平静和强度演化。
2017-01-14 cond-mat.soft physics.geo-ph
The Influence of Network Topology on Sound Propagation in Granular Materials
颗粒材料的特征范围从颗粒尺度到力链尺度再到块体尺度，通常被建模为颗粒或连续体材料。与这两种方法相比，网络表征对于同时检查微观、介观和宏观特征是很自然的。在本文中，我们把颗粒材料作为空间嵌入式网络，其中的节点（颗粒）连接的加权边缘获得的接触力。我们测试了各种网络措施，帮助他们的效用来描述声音在颗粒网络中的传播，并发现网络诊断可以用来探测颗粒，曲线，域，和系统尺度的结构在颗粒介质。特别是，中尺度网络结构的诊断在实验中是可重复的，与在这种介质中的声音传播相关，并可用于识别潜在的感兴趣的尺寸尺度。我们还证明了网络诊断的灵敏度取决于声音传播的相位。在注入阶段，信号系统地传播，如与全局效率的网络诊断的相关性所示。然而，在散射阶段，信号更好地预测中尺度社区结构，这表明声学信号散射在当地的地理街区。总的来说，我们的研究结果展示了颗粒系统的力网络是如何印在传输波上的。
2012-07-04 cond-mat.soft math-ph math.MP
Direct measurement of forces in air-based acoustic levitation systems
本文提出一种类似原子力显微镜的方法，可在声悬浮腔中原位测量主声学力与次散射力，分辨率优于50 nN，并成功用于提取声学势、测量物体间散射力及获取颗粒筏变形曲线。
2024-08-09 cond-mat.soft physics.ins-det
Preserving elastic anisotropy with tessellations of granular packings
Yale University（耶鲁大学）；University of Michigan（密歇根大学）；The City College of The City University of New York（纽约市立学院）
本文研究通过设计多连通颗粒voxel结构，实现高各向异性弹性能，展示在不同压力下颗粒堆积的各向异性变化及调控方法。
2026-04-13 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
Experimental evidence of ageing and slow restoration of the weak-contact configuration in tilted 3D granular packings
利用数字成像技术和非线性声学方法研究了颗粒填料缓慢向其不稳定阈值移动的过程。前一种方法使我们能够研究在倾斜过程中的表面上的晶粒重排和后者能够选择性地探测在材料块体中的弱接触部分的修改。逐渐老化的表面活性和弱接触的重新配置观察到的结果，反复倾斜周期到一个给定的角度小于雪崩的角度。对于几个连续的倾斜周期后达到的老化配置，突然恢复的表面上的活动和弱接触重排发生时，包装随后倾斜超过以前的最大倾斜角。这种行为进行了比较，从倾斜的2D填料的数值模拟与文献结果。研究还发现，老化后的弱接触结构，如果填料保持静止几十分钟，会自发地恢复到初始状态。当填料在零和近临界角之间来回倾斜时，弱接触构型在近临界角和零角附近表现出“内部弱接触雪崩”，而不是老化。相比之下，接触更强的骨骼保持稳定。
2010-11-08 cond-mat.other cond-mat.soft
Evolution of network architecture in a granular material under compression
当颗粒材料被压缩时，系统内的颗粒和力排列形成复杂的异质结构。力链是一个很好的例子，被认为是限制了机械稳定性和声传输等整体性能。然而，表征颗粒系统中的中尺度架构的动态性质可能是具有挑战性的。越来越多的工作表明，图论方法可以为解决这些问题提供一个有用的基础。在这里，我们扩展了目前的方法，利用多层网络作为一个框架，直接量化的压缩颗粒系统中的中尺度体系结构的演变。我们研究了一个准二维聚集的光弹性盘，通过一系列的小，准静态步骤进行双轴压缩。将粒子视为网络节点，粒子间力视为网络边缘，通过将每个应变步骤中存在的一系列静力网络连接在一起，构建了一个多层网络。然后，我们提取固有的中尺度结构的系统，通过使用一个泛化的社区检测方法，我们定义了定量的措施来表征整个压缩的重构和演变的结构。通过分别考虑法向力和切向力网络，我们发现它们表现出不同的结构演化。为了测试网络模型对粒子属性的敏感性，我们研究了该方法是否可以区分一个子系统的低摩擦粒子浴内的高摩擦粒子。我们发现，这可以通过考虑切向力的网络来实现。整个研究中讨论的结果表明，这些新的网络科学技术可以提供一种直接的方法来比较和分类数据系统在不同的外部条件下，或具有不同的物理化妆。
2016-03-29 cond-mat.soft nlin.AO
Extraction of Force-Chain Network Architecture in Granular Materials Using Community Detection
力链形成的非均匀物理结构可以限制颗粒介质的力学稳定性和声波传播。然而，尽管它们的相关性预测材料的散装性能，有没有一个力链的定量描述协议。因此，很难比较不同材料或实验条件下的力链结构。为了解决这一挑战，我们把颗粒材料作为空间嵌入式网络，其中节点（颗粒）由代表接触力的加权边连接。我们使用来自社区检测的技术，这是一种聚类，以找到紧密连接的粒子集。通过使用受粒子接触网络约束的地理零模型，我们提取了类似于力链的链状结构。我们提出了三种诊断来测量这些链状结构，我们证明了这些诊断的实用性，用于识别和表征各种材料中的力链网络架构。为了说明我们的方法，我们描述了力链结构如何依赖于两种非常不同类型的填料的压力：（1）来自实验室实验和（2）来自理想化的，数值生成的无摩擦填料。通过解析单个力链，我们量化了力链形状和强度的统计特性，这可能是对本体特性（包括材料稳定性）的关键诊断。这些方法便于不同颗粒系统之间的定量比较，无论它们是实验测量还是数值测量。
2015-04-23 cond-mat.soft nlin.AO nlin.PS
A nonlinear theory of non-stationary low Mach number channel flows of freely cooling nearly elastic granular gases
我们利用流体力学来研究自由冷却稀颗粒气体的非定常通道流动。我们专注于制度，通过通道的声音旅行时间比气体的特征冷却时间短得多。结果，气体压力迅速变得几乎均匀，而气流的典型马赫数下降到远低于1。消除声学模式，我们减少了一个单一的非线性和非局部的反应扩散型方程的拉格朗日坐标系中的流体动力学方程。该方程描述了一个广泛的一类通道流，特别是，可以遵循的发展，从一个弱扰动的均匀冷却状态，强非线性状态的集群不稳定性。如果忽略热扩散，约化方程是精确可解的，并且解发展为有限时间密度爆破。然而，热扩散在试图奇点附近变得重要。它阻止了密度爆炸，并带来了新的非均匀冷却状态（ICS）的气体，其中压力继续随时间衰减，而密度分布变得与时间无关。ICS的密度分布和特征弛豫时间都由描述非弹性能量损失和热扩散的相对作用的单个无量纲参数确定。在这个参数的大值，中间冷却动力学进行的气体的低密度区域之间的竞争。这场比赛类似于奥斯特瓦尔德成熟：只有一个洞在最后生存。
2008-01-15 cond-mat.soft nlin.PS physics.flu-dyn
Approach to failure in porous granular materials under compression
研究了单轴压缩下多孔颗粒材料模型的灾难性破坏.离散元计算模型用于模拟材料的微观结构和复杂的动力学和反馈，涉及局部断裂和裂纹噪声的产生。在应变控制加载下，微裂纹最初在整个样品上以不相关的方式成核。随着加载的进行，损伤局部化成与载荷方向成30-45度倾斜的狭窄损伤带。在损坏带内，材料被压碎成主要由细粉和一些较大碎片组成的分选不良的混合物。质量概率密度分布的颗粒在损伤区的指数为2.1的幂律，类似的值1.87推断从观察的磨损产品（凿）在自然和实验室故障的长度分布。辐射能量的动态爆发，类似于在多孔沉积岩的实验室实验中观察到的声发射，被确定为应力重新分布过程中出现的局部破裂的相关踪迹或级联。当系统接近宏观失效时，连续的爆发变得越来越相关。它们的粒度分布也是幂律的，在整个试验中平均的等效Gutenberg-Richter b值为1.22，在破坏时从3下降到0.5，所有这些都与在粒状砂岩样品的实验室试验中观察到的相似。损坏带本身的形成是由连续的突发和紧急事件的位置与相关维数为2.55，也类似于在实验室中观察到的（2.75和2.25之间）的幂律相关积分之间的平均距离的减少为标志。
2014-02-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft physics.geo-ph
From Elasticity to Hypoplasticity: Dynamics of Granular Solids
“颗粒弹性”，用于计算静态应力分布在粒状介质中，是广义的，包括缓慢移动，变形颗粒的影响。其结果是一个颗粒固体的流体动力学理论，与土壤力学模型吻合得很好。
2007-06-10 cond-mat.soft
Granular packing as model glass formers
静态颗粒填料是模型硬球玻璃形成者。玻璃化转变的性质一直是一个激烈争论的问题。本文综述了近年来利用颗粒材料研究玻璃化转变的实验进展。我们专注于增长的玻璃秩序与五重对称性的颗粒填料和几何挫折和随机一阶相变理论的研究结果。
2016-12-28 cond-mat.soft
Rise or sink: spherical intruder in density frequency dependence static granular fluid
通过引入频率依赖性颗粒床密度项，建立了振动颗粒床中入侵者的简单模型。改变振动频率将通过颗粒床驱动作用于入侵者的浮力。与其他报道的结果相比，交换区域的上升和下降的入侵者被发现。
2011-07-05 cond-mat.soft
Models of fluidized granular materials: examples of non-equilibrium stationary states
本文综述了颗粒物料在外力作用下的流化模型，如：随机均质阻尼力、振动板、倾斜通道中的流动和双势阱中的流动。所有这些系统都表现出密度相关和非高斯速度分布的存在。这些模型有助于理解非平衡稳态中动力学定义的“温度”（在这种情况下，所谓的{ \em颗粒温度}）的作用。在均匀随机驱动的气体中，颗粒温度与驱动浴的颗粒温度{ \em不同}。此外，混合在一起的两种不同的颗粒材料可以在不同的温度下保持静止状态。与此同时，颗粒温度决定了双阱势中从阱中逃逸的时间（如在平衡系统中）。
2005-01-20 cond-mat.soft
Random close packing in a granular model
我们介绍了一个二维的颗粒物质的晶格模型。我们使用的证明和模拟相结合，以证明在模型中的有序/无序相变，我们与随机紧密堆积的颗粒现象。
2009-09-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Frequency-dependent fluctuation-dissipation relations in granular gases
本文讨论了两种颗粒气体模型的Green-Kubo关系。在任意维的Maxwell模型中，由Green-Kubo关系得到的有效温度与频率无关，并且等于平均动能，称为颗粒温度。在第二个分析模型中，一个平均场颗粒气体，粒子的碰撞率被认为是正比于它的速度。计算了该模型在高频极限下的Green-Kubo关系，并证明了该极限下的有效温度等于颗粒温度。这一结果与先前的结果一起显示了零频率下的有效温度（爱因斯坦关系）和颗粒温度之间的差异，表明颗粒气体的格林-久保关系被违反了。
2008-05-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Random Loose Packing in Granular Matter
本文介绍了一个二维颗粒物质在消失压力下的概率模型，并进行了数值模拟。该模型表现出一个完美的尖锐的随机松散的堆积密度，一种现象，应该是真实的颗粒物质验证。
2008-08-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
