Coupling Heterarchical Granular Dynamics and Computational Fluid Dynamics
提出一种异质颗粒-流体动力学模型，通过惯性力驱动颗粒速度和流固动量交换，高效模拟流体中颗粒尺寸分离。
2026-06-23 cond-mat.soft
A multiphase meshfree method for continuum-based modeling of dry and submerged granular flows
我们开发和充分表征无网格拉格朗日（颗粒）模型的连续的数值模拟干燥和淹没颗粒流。颗粒材料和周围流体的多相系统被视为一个多密度多粘度系统，其中颗粒相的粘性行为预测使用正则化粘塑性流变模型与压力相关的屈服准则。数值方法是基于弱可压缩移动粒子半隐式（WC-MPS）方法。所需的算法近似的有效粘度，有效压力，和剪应力发散的介绍。通过对平行板间粘塑性Poiffille流动的分析，验证了该模型处理粘塑性流动的能力。然后，该模型的应用和充分的特点（相对于各种流变学和数值参数）干和淹没颗粒塌陷不同的纵横比。数值计算结果进行了评估，在与文献中的实验测量以及一些互补的实验测量，在这项研究中进行比较。结果表明，所提出的模型的能力和它的潜力，以处理广泛的干和淹没颗粒流。同时也揭示了正则化、有效压力和剪应力散度计算方法对计算结果精度的重要作用。
2017-11-01 cond-mat.soft
Long Range Correlations in Granular Shear Flow I: Numerical Evidence
我们研究了颗粒剪切流中长程相关性的出现。通过增加模拟颗粒流的密度，我们观察到一个自发的过渡，从稀制度，其中的相互作用是由二元碰撞为主，到一个密集的制度，其特征在于大型的力网络和集体运动。随着密度的增加，由于碰撞的耗散性质，相互作用的颗粒倾向于形成同时接触的网络。我们通过测量颗粒力之间的相关性来量化这些网络的大小，并发现随着网络大小的增加，接触力的统计数据发生了巨大的变化。
2006-12-28 cond-mat.soft
Spontaneous Ratchet Effect in a Granular Gas
采用振动流化颗粒气体的自发聚集来产生在两个不同的分隔系统中的定向运输：“颗粒喷泉”，其中运输采取对流辊的形式，和“颗粒棘轮”与垂直于能量输入方向的自发粒子流。在这两种情况下，运输是不是由于任何系统固有的各向异性，但出现作为一个自发的集体对称性破缺效应的许多相互作用的颗粒。实验和数值计算结果定量占内的通量模型。
2004-04-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Granular materials composed of shape-anisotropic grains
在过去的几十年里，颗粒物理学在理解相互作用的宏观颗粒的大集合的静态和动态特性方面取得了相当大的进展，包括对诸如堵塞、分离和斑图形成等现象的建模，以及相关工业应用或交通流控制的发展。近年来，由形状各向异性（细长或扁平）颗粒组成的系统的特定性质引起了越来越多的兴趣。定向有序和自组织是添加到球形或不规则颗粒的颗粒物质的特性中的特征现象。对这一研究领域进行了综述。
2013-06-26 cond-mat.soft
Segregation forces in dense granular flows: Closing the gap from single intruders to mixtures
使用模拟和虚拟弹簧为基础的方法，我们测量的隔离力，Fseg，在一个范围内的大小bidisperse混合物浓度，粒度比，和剪切速率开发一个模型Fseg扩展其适用性从充分研究的非相互作用的入侵者政权有限浓度的混合物，合作现象发生。该模型预测的浓度低于单一入侵者的假设适用，并提供了一个准确的描述物种之间的压力分区。
2021-08-25 cond-mat.soft
Emergence of preferred subnetwork for correlated transport in spatial networks: On the ubiquity of force chains in dense disordered granular materials
在致密颗粒材料和其他无热颗粒聚集体中的应力是通过颗粒间接触的视觉上引人注目的子网络传递的，其中的附加段被称为力链。在结构无序的介质中，组分主要通过物理接触相互作用，这种优选的子网络的出现还没有完全理解。在这项工作中，我们研究了随机几何图（RGG）中的局部相关输运，并显示了优先子网络的自发出现。我们的研究结果表明，尽管结构紊乱，系统跨越本地化的通量通过空间网络传输可以出现从短程相关。该子网络的空间和统计特征与模拟晶粒组装体中的强力网络惊人地相似，并提供了对力链的结构和空间尺度的重要性的见解。
2021-02-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft nlin.PS
(Ir)reversibility in dense granular systems driven by oscillating forces
我们使用计算机模拟来研究由振荡力驱动的高密度颗粒系统。我们实现不同的耗散机制，用于提取注入的能量。特别是，一个简单的本地斯托克斯阻力的行动相比，非线性和历史相关的摩擦力，无论是粒子对之间的行为或粒子和外部容器壁之间。斯托克斯阻力导致粒子运动，这是周期性的驱动力，即使在高密度周围的紧密包装，粒子经历频繁的碰撞。随着粒子间摩擦力的引入，这种“相互作用的吸收状态”被破坏，粒子开始四处扩散。通过降低材料的密度，我们经历了另一个过渡到“非相互作用”的吸收状态，在这种状态下，粒子独立地遵循力诱导的振荡而没有碰撞。在具有颗粒-壁面摩擦相互作用的系统中，这种转变具有不连续相变的迹象。它伴随着一个发散的弛豫时间，但不是由消失的序参量，而是跳到零的过渡。
2014-04-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Thermal properties of athermal granular materials
该研究通过停滞稳态流动颗粒材料，发现无热颗粒网络中粒间力演化使屈服应力随时间对数增强且速率依赖温度，并揭示老化与应力松弛同源于颗粒接触尺度的热分子过程。
2024-01-15 cond-mat.soft
Shape dependence of resistance force exerted on an obstacle placed in a gravity-driven granular silo flow
通过实验和数值模拟，研究了重力驱动的料仓慢速流动中障碍物所受的阻力。在二维颗粒筒仓中，在出口上方放置障碍物。通过调节出口宽度和障碍物的位置，可以控制出口流量。在颗粒排放过程中，测量流速和施加在障碍物上的阻力。利用所获得的数据，由排出流量与阻力-力减小率之间的关系定义了表征颗粒流中力平衡的无量纲数。无量纲数与流速无关。相反，我们发现了无量纲数的弱形状依赖性。这种趋势是颗粒筒仓流动阻力的一个独特特征。它表征了颗粒料仓流动中与障碍物相互作用的有效流动宽度。
2018-05-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dynamical mechanism for non-locality in dense granular flows
通过离散元数值模拟研究了稠密颗粒流非局部流变的动力学机制。我们表明，剪切带的力学行为的一个遥远的区域的影响是包含在观察到的颗粒接触网络的空间变化。使用微观流变学技术，我们建立，因此获得的指数响应，不证明如前所述的机械活化过程的有效性，但源于作为宏观非局部本构关系的直接后果的剪切速率的空间松弛。最后，通过直接可视化的局部松弛过程，我们解雇的动力学弹塑性图片，其中流动被认为是一个准静态序列的局部塑性事件通过应力场相互作用。因此，我们的结论是有利于干扰的情况下，几何约束导致相干非仿射位移沿软盘模式，固有的非本地。
2014-05-09 cond-mat.soft
Granular drag and lift force on a flexible fiber
University of Padova（帕多瓦大学）
本研究通过离散元模拟探究柔性纤维在颗粒床中拖拽时的受力，发现系统达到稳态后，阻力和升力可由基于纤维形状特征长度的标度律描述，且均受控于单一无量纲弹性颗粒参数。
2025-11-04 cond-mat.soft
Transition to a labyrinthine phase in a driven granular medium
从固态物理学到流体力学领域，二维物理系统中的竞争相互作用产生了实验室模式。对于系统的相互作用的粒子，在被限制到一个单层的胶体粒子的上下文中，无论是通过蒙特卡罗模拟数值和实验使用超顺磁性粒子的情况下，研究了条纹和条纹相。在这里，我们报告了一个实验观察的一个非平衡系统的宏观粒子组成的鸟氨酸相。一旦被充分磁化，它们就会组织成相互接触和随机取向的短链颗粒。我们的特点是从颗粒状气体状态的过渡到一个固体的谷胱甘肽相，作为一个功能的相互作用强度的动力学搅拌的比率。通过精确的粒子跟踪分析了空间局部结构。此外，我们解释了这些链的形成使用一个简单的模型。
2015-11-18 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
Heated granular fluids: the random restitution coefficient approach
本文引入了具有随机恢复系数$α$的非弹性硬球模型，以解释在与振动边界弹性相互作用的垂直振动颗粒系统中，垂直注入的能量仅通过碰撞传递到水平自由度，从而导致通过碰撞加热，即，对于具有可以大于1的有效恢复系数的非弹性水平碰撞。这使得系统达到一个非平衡的稳定状态，其中我们特别关注的单粒子速度分布$f(v)$在水平面上，并从麦克斯韦偏差。分子动力学模拟和直接模拟蒙特卡罗（DSMC）表明，根据$α$的分布，可以得到不同形状的$f(v)$，具有非常不同的高能尾。此外，第四累积量的速度分布量化高斯统计的偏差解析地从玻尔兹曼方程获得，并成功地测试对模拟。
2001-03-06 cond-mat.soft
Velocity distribution function and effective constant restitution coefficient for granular gas of viscoelastic particles
我们进行大规模的事件驱动的分子动力学（MD）模拟颗粒气体的粒子相互作用的冲击速度依赖的恢复系数。我们使用最简单的第一性原理碰撞模型的粘弹性球。这两种情况下的无力和均匀加热的气体进行了研究。我们制定了一个简化模型的有效常数恢复系数，这取决于当前的颗粒温度和计算的有效常数恢复系数，使用动力学理论。我们开发了一个理论的速度分布函数的驱动气体的粘弹性颗粒和分析的颗粒温度和Sonine系数，它表征的形式的速度分布函数的演变。我们观察到，没有大的耗散的模拟结果是在一个很好的协议与理论，均匀冷却状态和均匀加热的气体。同时，对于大耗散，Sonine系数的理论和MD结果之间存在明显的差异。基于有效恢复系数对简化模型的精度进行了分析，得出该模型能够准确描述颗粒温度的结论。它也提供了一个可接受的精度为小耗散的速度分布函数，但失败时，耗散是大的。
2013-05-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Discrete Element Simulations of particles interacting via capillary forces using MercuryDPM
本研究在开源离散元代码MercuryDPM中实现经典Willett与最新Bagheri两种毛细桥近似，经双颗粒碰撞模拟验证，其捕捉湿颗粒物质复杂动力学的精度与能力更优。
2024-11-04 cond-mat.soft physics.comp-ph
Fracture of granular materials composed of arbitrary grain shapes: A new cohesive interaction model
离散元方法（DEM）是模拟粘性颗粒材料断裂的有用工具。对于这种应用，通常采用简单的颗粒形状（2D中的圆盘，3D中的球体）。然而，处理更一般的颗粒形状允许考虑真实材料中颗粒的自然异质性。我们提出了一个离散的模型，允许模仿接触或非接触颗粒之间的凝聚力，无论它们在2D和3D中的形状。内聚相互作用由放置在相互作用颗粒上的内聚点组成，目的是表示位于颗粒之间的内聚相。接触的情况下，解决根据单边接触和库仑摩擦定律。为了测试所开发的模型，2D单轴压缩模拟进行。数值结果表明，该模型能够模拟宏观行为的骨料颗粒受到轴向压缩，以及断裂的启动和传播。模型和样本参数的影响的研究提供了重要的信息的模型再现各种行为的能力。
2016-07-04 cond-mat.soft
Statistical physics of frictional grains: some simple applications of Edwards statistics
LIPHY, Université Grenoble Alpes and CNRS（法国格勒诺布尔阿尔卑斯大学及法国国家科学研究中心）
本文通过简单模型展示了摩擦颗粒在高有效温度下的统计物理特性，揭示了其与平衡系统低温度性质的类比。
2022-04-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Stiffness pathologies in discrete granular systems: bifurcation, neutral equilibrium, and instability in the presence of kinematic constraints
本文建立了相互作用离散颗粒系统的运动与力之间的刚度关系。该方法类似于结构分析中使用的方法，但是由于颗粒相互作用的几何形状和接触的摩擦行为，颗粒材料的刚度矩阵本质上是非对称的。内部几何约束由颗粒的形状施加，特别是由颗粒在其接触点处的表面曲率施加。此外，刚度关系是增量非线性的，即使是小的组件也需要分析多个刚度分支，每个分支区域在位移空间中是一个尖的凸锥。这些方面的颗粒级刚度关系引起三种类型的微观尺度故障：中性平衡，分叉和路径不稳定性，和不稳定的平衡。这三种病理定义的背景下，四种类型的位移约束，这可以很容易地分析与某些广义逆。也就是说，不稳定性和非唯一性的研究中存在的运动约束。分叉路径可以是稳定的或不稳定的，如Hill-Bazant-Petryk准则所确定的。简单的颗粒系统的三个，十六个，和六十四个磁盘的例子进行了分析。对于每个系统，假设多个接触处于摩擦极限。即使对于这些小系统，微尺度故障也以许多不同的形式表示，一些系统具有数百种微尺度故障模式。这些例子表明，微观尺度的故障是普遍的颗粒材料，与颗粒的安排是在一个几乎连续的不稳定状态。
2018-10-28 cond-mat.soft
Kinetic theory of dilute weakly charged granular gases with hard-core and inverse power-law interactions under uniform shear flow
Tokyo University of Agriculture and Technology（东京农工大学）
本文基于玻尔兹曼方程和格拉德矩展开，研究了在均匀剪切流下稀弱电荷颗粒流体的稳态流变学，通过分析碰撞率和输运系数，验证了与直接模拟蒙特卡罗结果的定量一致性和速度分布函数的近似麦克斯韦分布性。
2026-02-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A model for the erosion onset of a granular bed sheared by a viscous fluid
本文从理论上研究了粘性流体对颗粒床的冲刷阈值。我们首先介绍了一种新的模型，相互作用的粒子驱动的粗糙基板上。它预测了一个连续的过渡在一定的阈值迫使$θ_c$，超过该粒子电流线性增长$J\sim θ-θ_c$，与实验一致。在过渡时间$t_{\rm conv}$之后达到稳态，其在过渡附近发散为$t_{\rm conv}\sim |θ-θ_c|^{-z}$与$z\approx 2.5$。该模型还定量可测试的预测的排水模式：本地电流的分布$P(σ)$被发现是非常广泛的$P(σ)\sim J/σ$，空间相关性的电流是可以忽略不计的横向强迫的方向，但长期平行于它。我们解释了这些功能中的一些使用的缩放参数和平均场近似，建立一个类比与$q$模型。我们讨论了我们的侵蚀模型和模型之间的关系，在肮脏的超导体的涡旋晶格的脱钉过渡，我们的结果也可能适用。
2015-05-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Active particle dynamics beyond the jamming density
许多生物系统以高密度形成菌落。被动的颗粒系统在这样的密度下会被堵塞，但对于生物系统的生存来说，它们是动态的是至关重要的。我们通过Vicsek排列构建了一个活性粒子相互作用系统的相图，并改变了密度，自推进力和取向噪声。我们发现，该系统具有四个不同的阶段，其特征在于过渡的有效扩散常数和取向序参量。我们的模拟表明，存在一个最佳的噪声，使粒子需要一个最小的力来解除干扰，允许重排。
2018-12-18 cond-mat.soft
Flow of wet granular materials: a numerical study
我们模拟致密组件的摩擦球形颗粒在稳定的剪切流控制下的正应力$P$在少量的间隙液体，这引起毛细血管扩张，假设孤立（摆动制度），并吸引力的存在下。该系统的行为取决于两个无量纲的控制参数：惯性数$I$和减少的压力$P^*=aP/(πΓ)$，比较约束力$\sim a^2P$弯月面拉伸强度$F_0=πΓa$，颗粒的直径$a$加入的表面张力$Γ$的。我们特别注意慢流的准静态极限，并观察系统的，持久的应变局部化的一些内聚为主（$P^*\sim 0.1$）系统。均质定常流动的特征在于内摩擦系数$μ^*$和固体分数$Φ$对$I$和$P^*$的依赖性。我们记录相当小，但不可忽略的正常应力差异和中等敏感性的系统内的摆动政权饱和。毛细管力对系统的宏观行为有显著影响，高达几个单位的$P^*$值。有效压力的概念可用于预测当$P^*$降低时$μ^*$的强烈增加的数量级，但是这种粗略的方法不能解释毛细管内聚引起的复杂结构变化。同样地，与压力有关的临界状态的莫尔-库仑判据，充其量是在有限压力范围内有效的近似，用$P^*\ge 1$。在足够小的$P^*$，相互作用的颗粒大集群形成在缓慢的流动，其中液体债券生存几个单位的剪切应变。这会影响与不同相互作用相关的各向异性，以及函数$μ^*(I)$的形状，它比无内聚系统更慢地偏离准静态极限。
2015-04-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.comp-ph
