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
Particle kinematics in a dilute, 3-dimensional, vibration-fluidized granular medium
本文报道了强振动流化的三维非弹性球系统中颗粒运动学的实验研究。通过高速视频成像跟踪介质内部的颗粒运动，产生速度分布的空间分辨测量。分布比高斯分布更宽，并且随着体积分数的增加而连续加宽。与均匀驱动系统的预测相比，这种边界驱动系统与高斯分布的偏差在符号上不同，在幅度上更大。我们还发现，随着体积分数的增加而增长的速度分量之间的相关性。
2009-12-09 cond-mat.soft
A driven two-dimensional granular gas with Coulomb friction
本文研究了均匀驱动的非弹性硬颗粒气体在库仑摩擦作用下的粗糙表面。静止状态以及完整的动态演化的平移和旋转颗粒温度的摩擦模型的三个参数的函数进行了研究。四个级别的近似（速度依赖）切向恢复的介绍和用于计算平移和旋转温度的平均场论。当将这些理论结果与随机驱动的单层颗粒受库仑摩擦的数值模拟进行比较时，我们发现，最简单的模型已经导致定性一致，但只有完整的库仑摩擦模型才能够定量地再现/预测所有摩擦量级的模拟结果。此外，该理论预测了两个弛豫时间的衰减到稳态。其中之一对应于平移和旋转自由度之间的平衡。另一个在大多数情况下较慢，是平移和旋转温度的共同弛豫速率的倒数。
2005-01-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Equipartition of rotational and translational energy in a dense granular gas
实验量化的旋转和平移运动的颗粒在一个密集的，驱动的，2D粒状气体漂浮在空气表揭示，动能之间的两个平移和一个旋转自由度平均分配。当颗粒性质、围压、堆积密度或空间有序性发生变化时，这种均分现象仍然存在。虽然大颗粒和小颗粒的平移速度分布是相同的，但角速度分布与颗粒半径成比例。所有粒子速度的概率分布都具有近似指数尾。此外，我们发现，该系统可以描述与颗粒玻意耳定律与范德瓦尔斯类状态方程。这些结果表明，传统的统计力学可以出乎意料地适用于非平衡系统的方式。
2011-11-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effects of interparticle friction on the response of 3D cyclically compressed granular material
数值研究了颗粒间摩擦系数对三维球形颗粒循环纯剪切响应的影响。我们专注于颗粒的旋转和平移，并着眼于这些位移的空间分布以及它们的概率分布函数。我们发现，随着摩擦力的增加，剪切带变得更薄，更明显。在低摩擦下，粒子旋转的幅度均匀地分布在系统中，因此大多独立于仿射和非仿射粒子平移。相反，在高摩擦时，旋转强烈地局限于剪切区。这项工作表明了研究颗粒间摩擦对颗粒材料对周期性强迫的响应的影响的重要性，这既可以更好地理解旋转如何与剪切颗粒系统中的平移相关，也可以更好地理解周期性强迫对行星科学和工业中大多数实际应用的相关性。
2021-03-02 cond-mat.soft
Reversibility of granular rotations and translations
分析了三维压缩实验中球形颗粒位移和转动的可逆性。使用透明的丙烯酸珠与圆柱形孔和折射率匹配技术，我们不仅能够跟踪位移，但也首次，分析旋转的可逆性。我们观察到，对于中等压缩幅度，直到一个珠直径，每个循环后珠的平移位移在初始瞬态后变得大多可逆。相反，颗粒旋转在很大程度上是不可逆的。我们发现平移和旋转位移之间的弱相关性，表明旋转可逆性取决于更微妙的变化，接触分布和接触力的颗粒之间的位移可逆性相比。
2019-10-11 cond-mat.soft
History-dependent deformation of a rotated granular pile governed by granular friction
我们实验研究了旋转引起的颗粒变形的历史依赖性。作为初始状态，我们制备了一个准二维的颗粒堆，其顶点位于旋转轴上，其初始倾角为休止角。旋转速率从$0$增加到$620$ ~（rpm），然后降低回到$0$。在旋转过程中，旋转颗粒堆的变形被摄像机捕获。根据获取的图像数据，测量颗粒摩擦系数$μ$作为离心力和重力之比$Γ$的函数。为了系统地评估$μ$在增加（旋转上升）和减少（旋转下降）的旋转速率制度中的变化，将变形颗粒堆的表面轮廓拟合到考虑重力、摩擦力和表面处的离心力之间的力平衡的模型。我们发现，$μ$值在增加的$Γ$制度中增长。然而，当$Γ$减少时，$μ$不能恢复其初始值。旋转颗粒堆的一部分历史相关行为可以通过力平衡模型来理解。
2022-06-02 cond-mat.soft
Translational and rotational temperatures of a 2D vibrated granular gas in microgravity
我们提出了一个实验研究的振动颗粒气体封闭在一个二维矩形细胞。实验在微重力条件下进行。高速视频记录和光学跟踪允许获得颗粒的完整运动学（平移和旋转）。从实验轨迹以及平移和旋转速度分布的非弹性参数检索。我们报告的实验比例的平移与旋转的温度降低到介质的密度，但增加与驱动速度的细胞。这些实验结果与现有的理论进行了比较，我们指出观察到的差异。我们还提出了一个模型，该模型可以很好地预测沿振动方向的平衡实验温度。
2014-03-19 cond-mat.soft
Contact rolling and deformation in granular media
本文考虑在不同尺度的旋转颗粒材料：单个颗粒的旋转，滚动和刚性旋转的颗粒对，旋转的相互作用的一个粒子在其集群的邻居，和旋转的材料区域。二维和三维（2D和3D）组件的数值，离散元方法（DEM）模拟表明，颗粒旋转是不同的，它们随着应变增加，直到材料开始软化，它们在空间模式中表示，即使在小应变。一对粒子的相互作用是三种模式的组合：接触变形模式、接触滚动模式和刚性对运动模式。每种模式的定义，包括四个不同的定义接触滚动。还定义了滚动卷曲，其描述了相邻颗粒围绕中心颗粒或子区域的累积滚动。在更大的尺度上，材料的变形和旋转是在材料的小的子区域内测量的，并且材料变形可以归因于接触滚动、接触变形和颗粒对的刚性旋转的单独贡献。在二维和三维模拟中测量了接触轧制的多样性和延伸。观察到一个占主导地位的滚动模式，这类似于滚动齿轮的相互作用。该图案可以延伸到距中心颗粒至少六个颗粒直径的距离。
2019-01-01 cond-mat.other cond-mat.soft
Experimental analysis of single particle deformations and rotations in colloidal and granular systems
荧光标记粒子的共聚焦显微镜已被用于研究真实空间中胶体和颗粒物质的动力学和结构性质。定位算法允许完全自动化地确定所观察体积中的所有组成（球形）颗粒的三维位置和平移运动。然而，粒子变形或旋转运动几乎没有得到解决。在这里，我们提出的准备和图像处理技术，也提取的颗粒的变形和旋转状态。变形分析是针对具有空心球状荧光强度分布的颗粒进行的，该颗粒对小变形更敏感。在第二种情况下的旋转，我们利用的角度依赖性的光吸收的纳入染料分子制备光学各向异性颗粒类似于偏振荧光光漂白后。这些粒子的旋转表示为共焦图像中的强度波动。与现有的方法相比，我们的技术不会降低实际粒子定位的质量。它们可以帮助理解胶体和颗粒材料在老化过程中或在剪切或压缩等外部刺激下的停滞状态下的复杂重组过程。
2011-12-06 cond-mat.soft
Fluctuations in granular gases
被驱动的颗粒材料，例如装满沙子的振动箱，是一个可能远离平衡的静止系统。因此，标准的平衡统计力学不足以描述这样一个系统中的波动。在这里，我们提出了关于能量和注入功率波动的数值和分析结果。在第一部分中，我们解释如何研究的总能量的波动的概率密度函数（pdf）与速度相关的表征。两种不同的制度解决：气体驱动的边界和均匀驱动的气体。在颗粒气体中，由于非高斯的速度pdf或缺乏均匀性的流体动力学配置文件，即使在没有速度相关性，总能量的波动是不平凡的，并可能导致错误的结论的相关性的作用。在本章的第二部分中，我们考虑了驱动颗粒气体模型中注入功率的波动。最近，真实和数值实验已被解释为证据，功率注入的波动似乎满足Gallavotti-Cohen波动关系。我们将讨论另一种解释这样的结果无效的Gallavotti-Cohen对称性。此外，从刘维方程出发，利用大偏差理论的技巧，对驱动颗粒气体动力注入波动关系的普遍有效性提出了质疑。最后，使用Lebowitz-Spohn方法定义的功能适用于线性非弹性Boltzmann方程相关的示踪粒子的运动描述的马尔可夫过程。这样的函数结果不同于注入功率并且满足波动关系。
2008-06-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Brownian motor in a granular medium
在这项工作中，我们的实验研究的行为自由旋转的非对称探针浸没在振动的颗粒介质。对于各种各样的振动条件下，探头表现出稳定的旋转，其方向是恒定的相对于不对称性。通过改变振动振幅并过滤不同频带中的噪声，我们表明旋转速度不仅取决于RMS加速度$Γ$，而且还取决于提供给两个单独频带的能量的量，这两个单独频带被揭示为对颗粒介质的动力学是重要的：第一带控制能量从颗粒到探针的传递，第二带通过改变振动流化材料的粘度来影响动力学。
2009-09-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Translational and rotational dynamical heterogeneities in granular systems
利用X射线层析成像技术研究了三维硬椭球颗粒堆积在振荡剪切作用下的平移和旋转动力学不均匀性。我们发现，快速平移的颗粒形成具有幂律指数的尺寸分布的簇，该指数与应变幅度无关。对于缓慢平移、快速旋转或缓慢旋转的粒子，发现了相同的行为。这四种不同类型的团簇的几何性质与随机团簇的几何性质相同。不同的簇类型具有相当大的相关性/反相关性，表明平移和旋转自由度之间存在显着的耦合。令人惊讶的是，这些团簇已经在比$α-$弛豫时间短得多的时间尺度上形成，与玻璃形成系统中发现的行为形成鲜明对比。
2018-03-29 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Orientational correlation and velocity distributions in uniform shear flow of a dilute granular gas
利用粒子模拟方法对粗糙稀颗粒气体的均匀剪切流动进行了研究，结果表明，在完全光滑的情况下，气体的平动速度和转动速度在方向上是强相关的，但不存在取向相关诱导的奇异性（$β=-1$）和粗糙弹性碰撞的（$β=1$）极限（$e=1$）;对于这两种极限情况，平移和旋转速度分布函数都保持接近高斯分布。远离这两个限制，以及空间速度的相关性是负责非高斯高速尾的出现。两个分布函数的尾部都遵循拉伸指数，指数取决于正常（$e$）和切向（$β$）恢复系数。
2008-02-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Memory in 3D cyclically driven granular material
我们进行实验和数值研究的颗粒系统下的循环压缩，调查可逆性和记忆效应。我们专注于稠密系统的准静态强迫，这是最相关的广泛的地球物理，工业和天体物理问题。我们发现，软球模拟具有适当的刚度和摩擦定量再现的平移和旋转位移的晶粒。然后，我们利用这些模拟来证明，这样的系统能够存储以前的压缩的历史。虽然平均平移和旋转位移都编码这种记忆，但与旋转相比，平移的响应根本不同。对于平移位移，先前强迫的记忆取决于颗粒间静态摩擦系数，但旋转记忆不会因摩擦水平而改变。
2021-05-27 cond-mat.soft
Hydrodynamic modeling of granular flows in a modified Couette cell
我们提出了一个修改后的库埃特细胞的颗粒流的模拟，使用连续模型最近提出的致密颗粒流。基于摩擦系数，这取决于一个惯性数，该模型捕获的位置的宽剪切带。我们发现，在速度剖面形状发生平滑过渡时，增加颗粒材料的高度，导致接近表面的中心部分的差分旋转。数值预测与以前的实验结果定性一致。该模型提供了预测的剪切带宽度增加时，增加旋转速率。
2007-12-19 cond-mat.soft
Measurement of surface deformation and cohesion of a granular pile under the effect of centrifugal force
研制了一套测量离心颗粒堆自由面变形的实验装置。通过水平旋转一个顶点位于垂直旋转轴上的准二维颗粒堆，重力和离心力的合力产生颗粒堆的变形。在这种设置中，离心力取决于与旋转轴的距离，而重力在任何地方都是恒定的。因此，自由表面变形的各种离心程度可以系统地检查使用该装置。在该系统中，由摄像机和计算机组成的小单元与颗粒样品一起旋转，以记录旋转引起的变形。为了验证该系统的有效性，首先对旋转水面的变形进行了测量和分析。所得数据可用理论抛物线解释，不需要任何拟合参数。接下来，我们使用所开发的装置测量非粘性和粘性颗粒桩的变形。两个散体样品均表现出明显的散体堆积变形，并最终在侧壁上形成陡峭的散体斜坡。然而，变形过程的细节取决于凝聚强度。为了定量描述这种差异，根据试验结果分析了有效强度的粘聚力和颗粒局部斜率变化。
2021-05-09 cond-mat.soft
Granular spirals on erodible sand bed submitted to a circular fluid motion
本文对颗粒表面在圆形流体运动下的运动进行了实验研究。在临界半径$r_c$以外，沿砂-水界面观察到不稳定性的出现。这在颗粒表面上产生螺旋形状的波纹。构造并讨论了这种模式的相图作为流的旋转速度$ω$的函数和作为表面上方的水的高度$h$的函数。研究了$r_c$作为$h$、$ω$和$r$参数的函数。此后，根据幂律，示出了$r_c$取决于旋转速度。波纹波长随转速的增加而减小，并与径向距离$r$成正比。研究了螺旋臂的方位角\az。发现\az与$hωr$成比例。这导致了\az取决于流体动量的结论。通过与流体实验的比较，我们可以说，螺旋纹并不是边界层不稳定的标志。
2002-12-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Correlation of spin and velocity in granular gases
在由粗糙颗粒组成的粒状气体中，颗粒的自旋与其线速度有关。我们开发了一个分析理论来解释这些相关性，并将其预测与数值模拟进行比较，使用直接模拟Monte Carlo以及分子动力学。该系统被示出从任意的初始状态松弛到准稳态，其特征在于由时间无关的，有限的自旋和线速度的相关性。后者系统地分析了广泛的系统参数，包括系数的切向和正常的恢复以及转动惯量的颗粒。对于大多数参数值，旋转轴和线性动量的方向是垂直的，就像在一个切片网球中一样，而平行方向，就像在一个来复枪子弹中，只发生在一个小范围的参数中。光滑球体的极限是奇异的：任何任意小的粗糙度都必然会导致显著的自旋-旋转相关性，而对于完全光滑的球体，旋转自由度与气体的动态演化完全解耦。
2008-08-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Collective alignment controls rotation frustration in granular flows of elongated particles
IATE, Univ. Montpellier, INRAE, Institut Agro（蒙彼利埃大学）；MAST-GPEM, Université Gustave Eiffel（古斯塔夫·埃菲尔大学）
通过三维离散元模拟，发现细长颗粒在密集剪切流中平均角速度的降低由剪切诱导的集体排列（由向列序参数量化）控制，并提出了一个基于向列序参数的标度律。
2026-06-12 cond-mat.soft
Driven and undriven states of multicomponent granular gases of inelastic and rough hard disks or spheres
从最近推导的能量产生率的平移和旋转自由度的数量，不同的颗粒温度的气体混合物的非弹性和粗糙的磁盘或球体进行了比较研究。考虑了均匀自由冷却状态和随机恒温器驱动状态。结果发现，每个粒子的碰撞松弛数一般是较小的磁盘比球，平均角速度松弛更迅速的温度比。在非驱动系统的渐近状态下，旋转平移不均分在圆盘中比在球体中更强，而它几乎不依赖于驱动系统中的粒子类别。另一方面，组件组件的非均分的程度是较高的球体比磁盘，无论是驱动和非驱动系统。模拟效应（多组分气体模仿单组分气体的旋转-平移温度比）的研究也进行了。
2019-06-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Secondary flow in ensembles of non-convex granular particles under shear
颗粒材料的研究，无论是理论上还是实验上，通常都局限于凸颗粒形状。我们证明了一个非凸的晶粒形状可以导致一个定性的新的宏观动力学。空间交叉（六足）在一个分裂底部的容器中连续剪切。因此，它们形成了与相同几何形状的杆状或扁豆形凸颗粒完全相反的二次流动轮廓。表面的十字架向旋转中心移动并下沉，模仿“反向韦森伯格效应”。所观察到的表面流场表明在颗粒床的深度存在径向向外的流动，从而形成对流单体。该流场与形成在旋转中心的凹坑连接。该效果强烈地依赖于颗粒的几何形状和颗粒床的高度。
2022-10-11 cond-mat.soft
Geometric frustration induces the transition between rotation and counterrotation in swirled granular media
随着颗粒数量的增加，旋流容器中的颗粒材料呈现出一种奇怪的转变：在低密度下，颗粒团以与容器的旋流运动相同的方向旋转，而在高密度下，它以相反的方向旋转。我们使用一个同向旋转的参考系，系统达到一个统计稳定状态的实验和数值研究这种现象。在这种稳定状态下，颗粒形成平移自由度固定的簇，而单个颗粒不断围绕簇的质心循环，类似于在旋转鼓内沿着壁滚动的球。我们表明，过渡到反旋转是摩擦相关的。在高颗粒密度下，摩擦效应导致几何挫折，其阻止颗粒协同滚动和旋转。因此，颗粒团簇像刚体一样在容器壁上无滑动条件地滚动，其必然围绕其自身轴线反向旋转。数值模拟验证了壁-盘摩擦和盘-盘摩擦对于诱导反向旋转都是关键的。
2018-12-10 cond-mat.soft
Shear induced alignment and dynamics of elongated granular particles
研究了剪切流中细长颗粒的排列、有序和旋转。在实验室实验中，通过使用光学成像和X射线计算机断层成像的颗粒跟踪来监测大量颗粒的取向的时间演变。离散元模拟的实验进行了补充。这些粒子形成了一种取向有序性。在稳定状态下，粒子主轴的时间和系综平均方向与流线成一个小角度。该剪切取向角与所施加的剪切速率无关，并且随着晶粒纵横比的增加而减小。在颗粒水平上，稳定状态的特征在于颗粒的净旋转，如剪切流所指示的。在稳态和初始瞬态过程中测量颗粒旋转速度的分布。长轴垂直于剪切取向角的颗粒的平均旋转速度较大，而剪切取向的颗粒旋转较慢。这种快/慢旋转的比率随着颗粒纵横比而增加。在从未对准的初始条件开始的初始瞬态期间，具有刚好超过剪切对准角的取向的颗粒与剪切流所指示的方向相反地旋转。
2012-11-13 cond-mat.soft
Subdiffusive axial transport of granular materials in a long drum mixer
粒状混合物在部分填充的水平滚筒中翻滚时，会迅速地按尺寸径向分离。较小的部分向旋转轴移动，形成一个埋藏的核心，然后分裂成轴向带。模型通常假设轴向偏析与扩散相反。使用窄脉冲的较小的组件作为初始条件，我们的特点是轴向传输的核心。我们发现，轴向推进的偏析核心是很好地描述了一个自相似的浓度分布，其宽度尺度为$t^α$，与$α\sim 0.3 < 1/2$。因此，该过程是次扩散的，而不是扩散的，如先前所假设的。我们发现，$α$是几乎独立的晶粒类型和滚筒转速内顺利流动制度。我们比较我们的结果，两个一维PDE模型，其中包含自相似性和亚扩散，线性分数扩散模型和非线性多孔介质方程。
2004-08-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Interplay between polydispersity, inelasticity, and roughness in the freely cooling regime of hard-disk granular gases
考虑了由非弹性粗糙硬磁盘组成的多分散颗粒气体。重点放在动力学理论推导的部分能量生产率和总冷却速率的函数的部分密度和温度（平移和旋转）和参数的混合物（质量，直径，惯性矩，和相互系数的正常和切向恢复）。结果适用于均匀冷却状态的系统和相关的非均分的能量之间的不同组件和自由度。它被发现，磁盘通常呈现出较强的旋转平移不均分，但较弱的组件组件不均分比球体。一个值得注意的“拟态”的效果被揭开，根据该多分散气体的磁盘具有共同的值的恢复恢复系数和减少的转动惯量可以从一个单分散气体中的旋转平移能量不均分的程度是什么区别。该效应要求组分$i$的盘的质量与$2σ_i+\langleσ\rangle$近似成比例，其中$σ_i$是盘的直径，$\langleσ\rangle$是平均直径。
2018-07-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Granular flow from silos with rotating orifice
对于通过筒仓底部圆形出口下落的颗粒物料，当出口直径D小于颗粒特征尺寸的5倍时，不能维持连续流动。如果筒仓的底部相对于筒仓壁水平旋转，即使在小D下也可以维持有限的流量。我们调查的效果底部旋转的流量的圆柱形筒仓填充单分散塑料珠的d = 6 mm直径。我们发现，流量W遵循Beverloo定律，直到D = 1.2d，并且在小出口区域，W随转速ω增加而增加。如果出口与筒仓轴线的偏心距离为R，则W随出口扫过的面积的速率而增加。另一方面，当出口直径较大时，在小ω时W随转速减小，但在大ω时随ω增大。W对转速的这种非单调行为可以解释为由于筒仓底部的剪切而导致的从漏斗流到质量流的渐变
2019-02-01 cond-mat.soft
Inhomogeneous Cooling of the Rough Granular Gas in Two Dimensions
我们使用大尺度事件驱动模拟和标度参数研究了二维粗糙粒子自由冷却颗粒气体的非均匀聚集状态。在碰撞过程中，粗糙颗粒在碰撞的法向和切向方向上耗散能量。在非均匀区域，平移动能和转动能随时间$t$衰减为幂律$t^{-θ_T}$和$t^{-θ_R}$。我们数值确定$θ_T \approx 1$和$θ_R \approx 1.6$，独立的恢复系数。颗粒气体的不均匀状态被认为可以用弹道聚集问题来描述，其中颗粒在接触时聚结。使用标度参数，我们预测$θ_T=1$和$θ_R=1$弹道聚集，$θ_R$是不同的粗糙颗粒气体。具有旋转自由度的弹道聚集的模拟与这些指数是一致的。
2014-07-03 cond-mat.soft
Relative Entropy of a Freely Cooling Granular Gas
本文利用四阶累积量的Sonine近似，分析了均匀自由冷却颗粒气体中每个粒子的熵随时间的演化和稳态值，相对于与瞬时平动和转动温度相一致的最大熵。结果表明，丰富的各种依赖性的相对熵的时间和正常和切向恢复系数，包括一个奇特的行为在准光滑的限制。
2018-09-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Origin of geometric cohesion in non-convex granular materials: interplay between interdigitation and rotational constraints enhancing frictional stability
Université de Montpellier, CNRS（蒙彼利埃大学）；Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, Facultad de Ingeniería, Universidad de los Andes（安第斯大学）；LMGC, Univ Montpellier, IMT Mines Ales, CNRS（蒙彼利埃大学）；Department of Civil, Geological, and Mining Engineering, Polytechnique Montréal（蒙特利尔高等学院）
研究通过实验揭示非凸颗粒材料中几何粘结的起源，分析互嵌与旋转约束对摩擦稳定性的影响。
2026-01-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
A Vibrated Compacting Granular System: A DEM Light Scattering Comparison
German Aerospace Center (DLR)（德国航空航天中心）
该研究通过DEM模拟振动颗粒系统，发现旋转动力学主导实验信号，揭示颗粒位移低于林德曼长度的动态受限状态。
2026-11-03 cond-mat.soft
Identification of rolling resistance as a shape parameter in sheared granular media
使用接触动力学模拟，我们比较了在颗粒系统中的定期多边形颗粒组成的颗粒系统中的棱角性的影响，由磁盘组成的接触滚动阻力的影响。在简单的剪切条件下，我们考虑四个方面的这些系统在稳定状态下的力学行为：剪切强度，固体分数，力和织物各向异性，和概率分布的接触力。我们的主要发现是，基于能量耗散与两个颗粒之间的相对旋转接触，滚动阻力的效果可以明确地确定与一个规则的多边形颗粒的边数。这一发现支持使用的滚动阻力作为形状参数占颗粒的棱角性，并明确表示，背后的非圆形颗粒组成的颗粒系统的机械行为的主要影响因素之一是部分阻碍旋转作为结果的角颗粒形状。
2011-05-23 cond-mat.soft
Exact transport coefficients from the inelastic rough Maxwell model of a granular gas
针对颗粒气体非弹性粗糙硬球模型复杂难求解的问题，提出更易处理的非弹性粗糙麦克斯韦模型，得到其Navier–Stokes–Fourier输运系数的精确表达式，揭示内在耦合关系，为改进相关近似提供见解。
2024-06-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Steady state in a gas of inelastic rough spheres heated by a uniform stochastic force
在这里，我们研究的非弹性粗糙球的颗粒气体中达到的稳定状态，受到空间均匀的随机体积力。随机力具有所谓的白噪声的形式，并且通过将脉冲添加到粒子平移速度来起作用。我们工作出相应的速度分布函数的分析解决方案，从Sonine多项式展开，显示能量之间的非均分的平移和旋转模式，平移和旋转的峰度，和旋转速度的相关性。通过与玻尔兹曼动力学方程的数值解（通过直接模拟蒙特卡罗方法）的比较，我们表明，我们的解析解提供了一个很好的描述，在一定范围内的非弹性和粗糙度定量非常准确。我们还发现了三个重要的功能，使强制颗粒气体的稳定状态非常不同的均匀冷却状态（实现由非强制颗粒气体）。首先，边缘速度分布总是接近麦克斯韦分布。第二，有一个连续的过渡到纯光滑极限（粒子旋转的影响被忽略）。第三，角速度-旋转速度的相关性显示出对准垂直相互取向的偏好（这被称为“举网球”行为）。
2015-11-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Flow equations for dense granular fluids: New insight from a first-principles derivation
本文提出了一种无塞致密颗粒流的第一性原理理论。这是通过粗粒化直接微观动力学和推导出宏观应力和应变率张量之间的显式关系。新推导的关系不仅显着不同，从现有的经验模型，这种流动，但它也提供了一个新的理解的效果，刚性旋转区域的流动。
2014-01-05 cond-mat.soft
Partially Saturated Granular Flow in a Rotating Drum: The Role of Cohesion
本研究通过实验与DEM模拟探究转鼓内部分饱和颗粒流，分析内聚力和转速对滚动/级联流模式的影响，提出无量纲数CE表征多因素作用，并揭示团簇尺寸分布的幂律规律及内聚力对团簇形成的促进作用。
2023-07-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
X-ray tomography system to investigate granular materials during mechanical loading
我们将小型便携式医用X射线设备与机械测试设备集成在一起，能够对颗粒材料对机械载荷的响应进行原位非侵入性测量。我们采用骨科C形臂作为X射线源和探测器，对安装在材料测试仪中的样品进行成像。我们讨论了一个自定义的旋转阶段，它允许样品旋转和层析重建下施加的压缩应力的设计。然后，我们讨论了三维计算机断层成像系统的校准，以及随后的图像重建过程。使用该系统来重建3D打印颗粒的包装，我们在（60 mm）$^3$视野中以0.52 mm分辨率解析包装特征。通过分析系统的性能界限，我们证明了重建只表现出适度的噪声。
2014-07-28 cond-mat.soft physics.ins-det
Dynamics of Gas-Fluidized Granular Rods
我们研究了准二维单层的颗粒棒流化的空间和时间均匀的空气上升流。通过跟踪粒子的位置和方向，我们描述了系统的动力学特性，具有足够的分辨率，可以在最短的时间尺度上观察弹道运动。粒子的各向异性引起动力学各向异性和超扩散动力学平行于杆的长轴，导致平行和垂直的均方位移成为扩散在不同的时间尺度。碰撞之间的自由时间和自由路径的分布偏离指数行为，强调粒子运动的非热特性。动力学显示出类似于各向异性布朗粒子的旋转-平移耦合的证据。我们采用非热噪声源的改进的Langevin模型来模拟单粒子动力学中的转动-平移耦合。这表明了一种现象学的方法，可以从增强记忆效应的角度来思考自我推进粒子的集合。
2008-11-17 cond-mat.soft
Field Driven Charging Dynamics of a Fluidized Granular Bed
一个简化的模型先前已经描述了在外部电场存在下碰撞的相同颗粒的感应充电。在这里，我们扩展了该模型，包括异质表面电荷分布，晶粒旋转和颗粒之间的静电相互作用。我们发现，从这个更现实的模型，强烈的异质性充电可以发生在搅拌颗粒床，我们预测，由于这些异质性屏蔽可以显着改变在这样的床的充电速率。
2016-08-11 cond-mat.soft physics.comp-ph
Comparing Simulation and Experiment of a 2D Granular Couette Shear Device
我们目前的实验，随着分子动力学（MD）模拟的二维（2D）颗粒状材料在库埃特细胞进行缓慢剪切。颗粒是限制在内部旋转轮和固定外环之间的圆盘。模拟结果与实验研究进行了比较，发现定量的一致性。跟踪单个粒子的位置和取向，使我们能够获得系统的密度分布，速度和粒子旋转速率。本文的关键问题是显示在何种程度上{ \em定量}协议之间的实验和MD模拟是可能的。除了在模型细节和实验中的许多差异外，定性特征被很好地再现。我们讨论了定量协议/分歧，给出可能的原因，并概述进一步的研究前景。
2002-11-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Intruders in disguise: Mimicry effect in granular gases
一般来说，非弹性和粗糙硬球的多组分颗粒气体中的总动能在不同的自由度之间是不均等地分配的。另一方面，部分能量均分，原则上，可以达到适当的组合下的系统的力学参数。假设恢复系数的共同值，我们使用动力学理论工具来确定的条件下，在均匀冷却状态下的颗粒混合物的组分具有相同的平移和旋转温度的单组分颗粒气体（“模仿”效应）。给定浓度和尺寸比的值，模仿效应要求质量比取特定值，较小的球体具有比较大球体更大的颗粒质量密度。的理论预测的情况下，一个杂质浸没在主机粒状气体进行比较，对DSMC和分子动力学模拟具有良好的协议。
2019-06-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Application of the Gillespie algorithm to a granular intruder particle
我们展示了如何Gillespie算法，最初开发来描述耦合化学反应，可以用来进行数值模拟的颗粒入侵者粒子与热化浴粒子碰撞。该算法生成一系列由可变时间间隔分隔的碰撞“事件”。作为输入，它需要在入侵粒子表面上的每个点处的浴粒子的位置相关通量。我们通过将其应用到一个一维系统，其中的齐次玻尔兹曼方程的精确解是已知的，并调查浴粒子速度分布的情况下，代数尾巴验证该方法。我们还提出了一个应用程序的颗粒针浴的点粒子，我们证明了入侵粒子的平移和旋转自由度之间的相关性的存在。讨论了Gillespie算法与常用的直接模拟蒙特卡罗（DSMC）方法之间的关系。
2006-08-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Characterizing the Rheology of Fluidized Granular Matter
在这项研究中，我们描述了流化颗粒物质的流变学二次强迫。我们的方法包括第一流化颗粒物质在鼓半充满谷物通过简单的旋转，然后叠加振荡剪切垂直于下坡流动方向。系统的响应基本上是线性的，在谷物运动和振荡强迫之间存在相位滞后。当体系受迫缓慢振荡时，GDR-Midi模型能很好地描述体系的流变特性。当强迫时间尺度变得与流中能量耗散的特征时间相当时，模型就失效了。
2011-07-02 cond-mat.soft
Hidden Invariants in Rheology: The Persistent Granular Nature of Liquids
本文将使用的参数来自变形驱动的混合组件，特别是重要的微流体，以表明标准的不变量为基础的方法，流变学是缺乏的。它示出的偏差，$D_{ij}$，对称化的过程后，失去了显微镜确定的信息，区分旋转剪切和延伸在一个独特的方式。我们恢复这一信息，通过分析的离散过程，必须在高度相关的流体变形驱动的混合。如果没有这一点，我们表明，有没有希望得到足够的一般材料参数的流变学微观动力学。有一个明确的微观的概念，每个包裹的旋转速率，我们得出一个一般类不变的流变理论it.We讨论了一些影响高阶流动的解决方案和悬浮液，包括可能性的驱动和稳定的非均匀分布，单独使用水动力。
2014-09-28 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A Bhatnagar-Gross-Krook-like Model Kinetic Equation for a Granular Gas of Inelastic Rough Hard Spheres
非弹性粗糙硬球的稀颗粒气体的玻尔兹曼碰撞算子比非弹性光滑球的玻尔兹曼碰撞算子复杂得多。单体分布函数不仅取决于质心的平移速度，还取决于粒子的角速度。此外，碰撞规则耦合两个速度，不仅涉及法向恢复系数，而且还涉及切向恢复系数。本文的目的是提出一个扩展到非弹性粗糙颗粒的Bhatnagar-Gross-Krook动力学模型以前提出的非弹性光滑颗粒。玻尔兹曼碰撞算子被三项之和所取代，这三项分别代表：（i）弛豫到两个温度的局部平衡分布，（ii）与特有速度成比例的非保守拖曳力的作用，以及（iii）等于角速度及其平均值的线性组合的非保守扭矩的作用。力和扭矩中的三个系数被固定以再现平均角速度和两个颗粒温度（平移和旋转）的玻尔兹曼碰撞变化率。一个更简单的版本的模型也构造在两个耦合的运动方程的形式的平移和旋转速度分布。将动力学模型应用于简单剪切流稳态，分析了两个恢复系数对剪切应力和正应力以及平移速度分布函数的综合影响。
2011-05-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Signatures of granular microstructure in dense shear flows
粒状材料对剪切应力的反应与普通流体不同。干砂或无粘性粉末等材料不是均匀变形，而是形成剪切带：包含较大相对颗粒运动的狭窄区域，使相邻区域基本上为刚性[1，2，3，4，5]。由于剪切带标志着流动、材料破坏和能量耗散的区域，因此它们在许多工业、土木工程和地球物理过程中起着至关重要的作用[6]。它们也出现在相关的环境中，例如局限于超薄分子层的润滑液中[7]。缺乏关于三维几何形状中剪切带内运动的详细信息，包括颗粒旋转和颗粒间滑移的程度。类似地，关于单个颗粒的性质-它们的微观结构-如何影响密集堆积材料中的运动也知之甚少[5]。结合磁共振成像，X射线断层扫描，和高速视频粒子跟踪，我们得到的局部稳态粒子的速度，旋转和堆积密度的剪切流在三维Couette几何。我们发现，颗粒微观结构的关键特征决定了速度剖面的形状。
2000-03-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Heterogeneity and patterning in the quasi-static behavior of granular materials
异质性被分为五类-拓扑，几何，运动学，静态和本构-和前四类进行了研究，在一个数值离散元模拟双轴压缩。仿真实验表明，在加载过程中，拓扑结构和几何结构变得更加多变。测量到的颗粒间运动的波动很大，它们随着负载而增加，并且它们延伸到至少八个颗粒直径的距离。变形和旋转的不均匀性很大，并表示在空间图案。在整个加载过程中，应力异质性是中等的。
2019-01-06 cond-mat.soft
Slow axial drift in three-dimensional granular tumbler flow
部分填充的三维转鼓中的单分散颗粒流动模型通常假设沿旋转轴的流动可以忽略不计。我们测试这一假设，球形和双锥杯，使用实验和离散元方法模拟。球形粒子床的截面表明，经过几次旋转后，一条最初垂直于旋转轴的有色粒子带发生变形：靠近表面的粒子向极点漂移，而位于流动层深处的粒子向赤道漂移。在直径为8-14 cm的转筒中跟踪mm尺寸的表面颗粒显示出一到两个颗粒直径的颗粒轴向位移，对应于每次通过流动层时为转筒直径的1-3%的轴向漂移。双锥和球面转鼓的表面轴向漂移在赤道处为零，远离赤道时增加，然后在两极附近减小。对两种几何形状的比较结果表明，壁面倾斜引起轴向漂移，而漂移速度随赤道直径的增加而增加。轴向漂移对轴向位置的依赖性对于每一个几何形状是相似的，当两者都由它们各自的最大值归一化时。
2013-07-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Non-equilibrium fluctuations in frictional granular motor: experiments and kinetic theory
我们报告了一个新的实验颗粒布朗电机的研究，灵感发表在[物理学评论。104，248001（2010）]，但在一些成分上不同。与之前的工作一样，电机由一个旋转棘爪构成，其表面通过浸入粒状颗粒气体中的不同非弹性的交替补丁打破旋转反转对称性。我们的实验装置的主要新颖之处是在主轴的方向，这是平行于（垂直）方向的粒状流体的震动，保证各向同性分布的碰撞颗粒的速度，其特征在于由方差$v_0^2$。我们也保持颗粒系统稀释，以比较与玻尔兹曼方程为基础的动力学理论。与理论相一致，我们观察到的库仑摩擦的关键作用，诱导两个主要制度：（一）罕见的碰撞（RC），与平均漂移$\ < ω\ > \sim v_0^3$，和（ii）频繁的碰撞（FC），与$\ < ω\ > \sim v_0$。我们还研究了在一个大的时间间隔，$Δθ$，这在FC制度是成比例的电机上所做的工作的角度跨越的波动。我们观察到涨落关系满足一个斜率，该斜率弱依赖于相对碰撞频率。
2013-04-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Brownian motion of ellipsoidal particles on a granular magnetic bath
本文研究了椭球粒子在磁性粒子组成的颗粒池中的布朗运动。我们用均方位移和均方角位移量化了不同漂浮椭球粒子的流动性，并将扩散系数与浴粒子运动联系起来。在粒子的大半径$R$方面，我们发现平移扩散系数的尺度大致为$1/R^2$和旋转扩散系数的尺度大致为$1/R^4$ ;这是一致的假设，即扩散产生于悬浮粒子下面的浴粒子的随机踢。通过改变磁力，浴颗粒扩散率改变了十倍;在这个范围内，浮动颗粒的平移和旋转扩散改变了五十倍。然而，这两个扩散常数的比例的浮动颗粒是强迫无关的。浮动粒子运动的不寻常方面包括它们的位移的非高斯统计。
2020-05-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Mapping the limits of equilibrium in sheared granular liquid crystals
École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；Lund University（隆德大学）
研究通过长时间剪切揭示了颗粒流中准平衡与非平衡状态的转变，指出摩擦引入后平衡理论失效，并通过有效Ericksen数量化非平衡驱动与立体有序的对比。
2026-11-11 cond-mat.soft physics.class-ph
Deformation Measures for Granular Materials
本文基于 Satake 空隙单元方法推广 Bagi 的表示，提出二维颗粒材料变形的细观力学度量，并通过离散元模拟揭示低应变下的非均匀变形与转动微带。
2024-12-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Thermal properties of an impurity immersed in a granular gas of rough hard spheres
在这项工作中，我们研究的动力学的粒状杂质浸没在一个低密度的粒状气体的相同的粒子。为了描述颗粒气体和杂质粒子的动力学，我们使用粗糙硬球碰撞模型。我们考虑了粒子碰撞时的非能量守恒效应。我们找到了一个（近似）的解析解的相关动力学方程的单粒子速度分布函数，合理地再现平移/旋转能量非均分的属性。我们通过与计算机模拟进行比较来评估理论解的准确性。为此，我们使用两个独立的计算机数据集，从分子动力学（MD）和直接模拟蒙特卡罗方法（DSMC）。在合理的参数值范围内，两者都很好地接近动力学理论，但程度不同。
2017-07-12 cond-mat.soft
