Granular Impact: A Grain-scale Approach
本文总结了二维颗粒碰撞的一系列研究，即侵入物体高速撞击颗粒材料。许多以前的研究颗粒碰撞使用的宏观力的法律，这是占主导地位的惯性阻力项成比例的入侵速度的平方。这里的主要焦点是颗粒材料的微观力响应，以及颗粒尺度效应如何产生这种惯性阻力项。我们表明，惯性阻力产生的间歇性碰撞力链状结构。我们建立了一个简单的碰撞模型来解释惯性阻力，以及离轴不稳定性和旋转。最后，我们展示了如何颗粒响应的变化时，入侵者的速度接近$d/t_c$，导致失败的惯性阻力描述在这个政权。这里，$d$是平均粒径，而$t_c$是两个颗粒之间的特征动量转移时间。
2016-11-02 cond-mat.soft
Occurrence of gradual resonance in a finite-length granular chain driven by harmonic vibration
本研究以数值模拟的方式，探讨有限长耗散颗粒链在圆管简谐振动下的共振现象。多个渐进的谐振模式，即，非谐振模式，部分谐振模式，和完全谐振模式，被识别。在振动频率一定的情况下，振动加速度越大，参与共振的颗粒数量越多，其数量等于一个振动周期内颗粒与壁面碰撞的次数。与颗粒与颗粒、颗粒与壁面碰撞的特征时间相比，自由飞行时间对颗粒运动起主导作用。这种情况导致在晶粒之间发生大的开口间隙以及独立的晶粒-晶粒碰撞和增益-壁碰撞。建立了描述系统能量与颗粒链长度和颗粒与壁面碰撞次数关系的通用主方程，并与模拟结果进行了比较。我们观察到一个渐进的阶跃增加系统的能量时，振动加速度不断增加，这是专门为个人的能量注入。在$ϕ-\itΓ$和$N-\itΓ$空间中讨论了两种典型的相图。
2022-07-21 cond-mat.soft
Influence of grain bidispersity on dense granular flow in a two dimensional hopper
采用离散元方法研究了二维漏斗中含有大小颗粒的双分散稠密颗粒流。在出口上方观察到半圆形动力拱，验证了Beverloo定律描述流量与出口尺寸之间的关系。当小颗粒的单分散流中加入少量的大颗粒时，双分散流可以达到最大流量。接触力、颗粒堆积率和颗粒速度的分布表明，料斗内的流动特性与与力拱几乎重合的关键区域的局部流动特性密切相关，单分散流的有序排列和双分散流的无序排列在从质量流到漏斗流的流型转变中起主导作用。相变的提前发生可以有效地提高颗粒速度，从而提高流速。
2021-06-17 cond-mat.soft
Two dimension porous media reconstruction using granular model under influence of gravity
本文采用分子动力学方法模拟了二维颗粒孔隙的形成过程。具有一定直径分布的颗粒由于重力而下落。模拟中使用了三种结构（上大直径、上小直径和混合）和两种混合物（相同颗粒密度和相同颗粒质量）。当初始高度较高时，非均质混合物的孔隙度高于均质混合物，而当初始高度较低时，孔隙度则相反。
2012-01-06 cond-mat.soft
Breakdown of Energy Equipartition in a 2D Binary Vibrated Granular Gas
我们报告的实验，平均分配的动能之间的颗粒由两种不同的材料在混合物中的颗粒振动在2维。一般来说，这两种类型的晶粒不会达到相同的颗粒温度，即Tg = 1/2 m v^2。然而，这两个温度的比率在系统的大部分中是恒定的，并且与振动速度无关。该比值强烈地依赖于颗粒的质量密度比，但对颗粒的非弹性不敏感。此外，该比率对混合物的组成变量（例如每种组分的数量分数和总数密度）不敏感。我们的结论是，一个单一的颗粒温度，传统上定义的，不表征多组分混合物。
2001-12-05 cond-mat.soft
Polygons vs. clumps of discs: a numerical study of the influence of grain shape on the mechanical behaviour of granular materials
我们进行了一系列的数值垂直压缩试验的二维颗粒材料组件使用离散元代码和研究结果方面的颗粒形状。样品由5，000个颗粒组成，这些颗粒由3个重叠的圆盘（团块-具有凹面的颗粒）或六边多边形（凸面颗粒）制成。这两种颗粒类型具有相似的外部包络，其是几何参数$α$的函数。在本文中，所应用的数值计算程序是简要介绍其次所使用的颗粒模型的描述。对密实和松散颗粒集合体在各向同性载荷作用下的力学行为进行了观察和分析。在经典的常侧向应力垂直压缩试验（双轴试验）的框架下，研究了数值颗粒试样的力学响应。具有不同晶粒形状的致密和松散样品的宏观响应的比较表明，当$α$被认为是一个参数时，它因此是一个相关变量，用于增加致密样品的机械性能。当$α$被认为是与完美球度的包络偏差时，它可以控制大应变的机械性能。最后，我们提出了一些关于变形样品的运动学的评论：虽然一些多边形样品进行垂直压缩呈现大的损伤区（任何多边形形状），致密的块状样品总是表现出薄的反射剪切带。这篇论文是作为CEGEO研究项目的一部分编写的www.granuloscience.com
2012-08-02 cond-mat.soft
Geometry-mediated shear softening in dense ordered granular packings
Princeton University（普林斯顿大学）；EPFL（洛桑联邦理工学院）
通过有限元模拟，发现嵌入颗粒的孔隙几何可诱导弹性各向异性和剪切软化，使堆积表观剪切模量降低高达90%，且与接触力各向异性减小相关，为设计软颗粒超材料提供机制。
2026-06-27 cond-mat.soft
Granular discharge rate for submerged hoppers
在水下测量了球形颗粒从直圆柱底部孔中的排放。我们发现，放电率取决于填充高度，在众所周知的情况下，干燥的非粘性颗粒。进一步令人惊讶的是，随着料斗变空并且颗粒压头降低，该速率增加至高达约25%。对于深填充，放电率是恒定的，我们测量的行为作为一个功能的颗粒和孔直径。卸料速率标度由孔面积和孤立颗粒的终端下降速度的乘积来设定。但有一个小孔截止约2.5颗粒直径，这是大于类似的截止在Beverloo方程干颗粒。
2014-10-28 cond-mat.soft
Effect of impact energy on the shape of granular heaps
实验研究了将颗粒物倒入垂直的Hele-Shaw池中形成的颗粒堆的形状，并分析了颗粒撞击能量的影响。我们提出了一个连续的模型，明确考虑能量耗散的流动颗粒通过非弹性碰撞的稳定的档案堆。我们解决了模型分析和分析所得到的高度分布作为几个参数的函数，如恢复系数的晶粒和它们的冲击能量。我们发现理论和实验之间的良好协议。
1999-07-23 cond-mat.soft
Inertial Force Transmission in Dense Granular Flows
稠密颗粒流被几种连续介质模型很好地描述，然而，它们的内部动力学仍然难以捉摸。本研究探讨在模拟稳态和均匀剪切流的接触力分布。结果表明，存在高幅度的接触力，在更快的流动与刚性颗粒。一个拟议的物理机制解释了这种速率依赖的力传输。这种分析建立了接触力和颗粒速度之间的关系，提供了一个切入点，统一的范围内的连续模型来自接触力或颗粒速度。
2022-11-17 cond-mat.soft
Why Granular Media Are, After All, Thermal
颗粒介质被认为是“非热的”，因为颗粒太大，显示布朗型热波动。然而，作为宏观的，每一个颗粒都经历热膨胀，具有可以用温度计测量的温度，并且由许多许多内部自由度组成，这些自由度的总和确实影响颗粒动力学。因此，将它们包括在一个全面的方法中来解释粒度行为会带来至关重要的优势。热与非热描述的优点和缺点被认为是。
2014-07-27 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
Dense granular flows: interpolating between grain inertia and fluid viscosity based constitutive laws
最近获得的标量本构关系的致密颗粒流从两个晶粒的论点，无论是在惯性制度（晶粒惯性）和粘性制度。由于所得到的法律是不完全相同的，在这两个政权之间的交叉，我们在这里提供了一个表达式。
2008-09-16 cond-mat.soft physics.class-ph
Granular Dynamics during Impact
我们研究的影响，一个弹丸到床上的3毫米颗粒浸没在一个指数匹配的流体。具体来说，我们改变样品上的预应变量，加强系统内的力链。我们发现这只影响线性深度依赖项的前因子在阻止力。因此，我们把这一项归因于物质内部的压力，而不是有时所认为的颗粒-侵入物摩擦。使用激光片扫描技术来可视化内部颗粒运动，高速摄像机和颗粒跟踪，我们可以测量整个撞击事件中每个颗粒的轨迹。微观上，我们的研究结果表明，较弱的初始力链的结果在更不可逆的，在冲击过程中的塑性重排，这表明颗粒之间的静摩擦确实发挥了很大的作用，在颗粒材料内的能量耗散。
2014-04-04 cond-mat.soft
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
Impact of friction and grain shape on the morphology of sheared granular media
本研究通过模拟或分析非球形颗粒在剪切下的行为，揭示摩擦、长径比和初始堆积如何共同决定稳态排列、密度以及剪切带内自发堆起或凹陷的形成。
2025-02-19 cond-mat.soft
Granular Avalanches in Fluids
根据Stokes数St和颗粒/流体密度比r，阐明了流体中颗粒雪崩的三种机制，Stokes数St表示颗粒惯性和流体粘性效应的相对重要性。在气体（r >> 1且St > 1）中，例如，在干燥的情况下），雪崩的幅度和持续时间不依赖于任何流体效应。在液体中（r ~ 1），随着St的减小，振幅减小，持续时间增加，探索惯性区和粘性区。这些制度所描述的一个晶粒的基本运动的分析。
2002-09-03 cond-mat.soft
Collisional Model of Energy Dissipation in 3D Granular Impact
我们研究的动态过程中发生的颗粒组装时，由一个固体冲击器。从撞击物到目标的动量转移示出发生通过零星的，正常的高力携带颗粒在入侵者表面的碰撞。因此，我们描述了通过碰撞为基础的模型的影响的停止力。为了验证模型的影响实验中，我们确定的力量作用于入侵者减速通过一个致密的粒状介质，使用高速成像其轨迹。通过改变入侵者的形状和颗粒目标，入侵者-颗粒相互作用推断的后续路径。因此，我们连接到入侵者的形状和颗粒密度的影响的基础上提出的碰撞模型的阻力。
2016-10-28 cond-mat.soft
Geometry-dependent constitutive law for granular slow frictional drag
本文对细杆从颗粒床中缓慢垂直拔出时的摩擦本构关系进行了实验研究。使用一个非常精确的蠕变仪，几何相关的颗粒摩擦本构关系进行了特别检查。在以前的一些工作中，一个无量纲数$I=\dotγD_g/\sqrt{p/ρ_g}$已被用来表征颗粒摩擦本构关系，其中$\dotγ$，$D_g$，$p$，和$ρ_g$分别是剪切应变率，粒径，围压，颗粒床的体积密度。认为$I$所表达的颗粒摩擦本构关系在密相流区具有普适性（几乎与几何无关）。然而，在这项研究中，我们发现，系统的几何形状是更关键的颗粒摩擦在一个非常缓慢的撤回制度的特点。具体地说，杆与颗粒直径之间的比率必须是描述颗粒摩擦本构关系的一个重要参数。在颗粒力学行为与颗粒接触数相关的基础上，讨论了几何相关本构关系的物理意义。
2016-11-12 cond-mat.soft
Mechanics of a granular skin
魔砂是一种疏水性玩具颗粒材料，由于其非直观的力学性能，被广泛应用于科学普及说明中。对水下魔法沙柱失效的详细研究表明，这些特性可以追溯到一个单一的现象：系统自我生成一个有凝聚力的皮肤，将材料封装在里面。皮肤，由固定的空气-水-颗粒界面，显示多尺度的机械性能：它们的范围从接触线动力学在晶粒内粗糙度尺度，塑性流动在晶粒尺度，所有的方式样品尺度的机械响应。随着蒙皮刚度的降低，失效模式从脆性转变为韧性（两者本质上都是集体性的），并在单颗粒尺度下完全分解。
2017-03-29 cond-mat.soft
Dynamical approach to weakly dissipative granular collisions
颗粒系统呈现出令人惊讶的复杂动力学。特别是，非线性相互作用和能量耗散在这些动力学中起着重要的作用。通常，常系数的恢复现象引入考虑能量耗散时，颗粒碰撞。假设碰撞是瞬时的，并保持动量。在这里，我们通过在两个碰撞颗粒的运动方程中引入粘性（速度相关）项来改善这种现象。使用一阶近似，我们解决了在低粘度制度的运动方程。这种方法允许我们计算碰撞时间、每个颗粒的最终速度以及取决于颗粒相对速度的恢复恢复系数。我们比较我们的分析结果与那些通过数值积分的运动方程。
2014-08-27 cond-mat.soft
Optimizing Packing Fraction in Granular Media Composed of Overlapping Spheres
当随机倒入容器中时，什么形状的颗粒会产生最高的填充分数？为了有效地探索和导航巨大的搜索空间，我们将分子动力学模拟与人工进化相结合。任意颗粒形状由一组不同直径的重叠球体表示，使我们能够近似光滑表面，分辨率与包含的球体数量成比例。我们发现了一个平面三角形颗粒的家庭，其包装分数$ϕ\sim$ 0.73超过几乎所有的无摩擦颗粒的随机包装的实验结果。我们调查如何$ϕ$取决于包括一个单独的颗粒和表面的光滑度的球体的安排。我们使用该家族最简单成员的3D打印副本进行实验验证了模拟，该成员是由三个半径相同的重叠球体组成的平面粒子。与3D打印的非球面椭球体的直接实验比较表明，三角形颗粒不仅在大系统尺寸的限制下而且在限制于小容器时包装得非常好。
2015-10-19 cond-mat.soft
Self-Organization in a Granular Medium by Internal Avalanches
内部雪崩的颗粒位移可以产生内的颗粒材料保持在一个仓内的两种方式：（i）通过删除随机选择的颗粒在底部的仓（ii）通过打破一个稳定的拱颗粒堵塞一个洞在底部的仓。这种雪崩的重复发生会使系统达到稳定状态。问题是，这种状态是一种像自组织临界性那样的临界状态吗？我们在这里回顾了一些最近的研究，这个问题使用元胞自动机以及硬盘模型。
2000-09-12 cond-mat.soft
Dynamics of grain ejection by sphere impact on a granular bed
对球体撞击颗粒材料后的颗粒弹射动力学进行了实验研究，定量地研究了颗粒弹射特性随控制参数的变化规律。的时间演化的电晕形成的喷射颗粒的报告，主要是在其直径和高度方面，并有利地与一个简单的弹道模型相比。颗粒状电晕的一个关键特征是其边缘与水平颗粒表面形成的角度在喷射过程中保持恒定，这也可以通过弹道模型再现。喷射颗粒的数量和动能进行评估，并允许计算的有效恢复系数之间的复杂碰撞过程的影响球和细颗粒目标的特征。当控制参数变化时，有效恢复系数保持不变。
2008-12-17 cond-mat.soft physics.class-ph
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
Preliminary experiments demonstrating a "directed" Maxwell's granular demon
在本文中，我们设计了一个系统的两个对称的容器通过一个孔，其中的玻璃球的颗粒气体是通过横向振动整个系统中的行星磨。如果孔径是对称的，那么当最初所有颗粒都进入其中一个容器中时，经过一段时间后，两个半容器最终会有相同数量的颗粒。然而，当使用漏斗状孔时，诱导了稳健的对称性破缺：如果所有颗粒最初沉积在面向宽侧的容器中，则95%的颗粒在相对短的时间内通过到相对侧。
2018-03-22 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
Insights on the local dynamics induced by thermal cycling in granular matter
在这封信中，我们报告的结果上的颗粒组装通过分子动力学模拟的2D颗粒柱的温度变化的影响。定期膨胀的晶粒示出完美地模仿这样的热循环，并允许合理化之间的联系的压实过程，局部晶粒动态和有限尺寸的影响。在这里，我们证明了单个颗粒特性，即它们的粗糙度和弹性模量，定义了温度ΔTc的最小循环幅度，低于该幅度，动力学是间歇性的和空间不均匀的，同时被限制在最近创造的“热点”的局部区域中[Amon等人，物理修订版信函108，135502（2012）]。在ΔTc以上，整个柱体流动，而颗粒动力学从柱体底部的笼状到顶部的纯扩散连续变化。我们的研究结果提供了一个坚实的框架，未来使用热循环作为一种替代驱动方法软玻璃材料。
2013-06-18 cond-mat.soft
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
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
Steady Flow Dynamics during Granular Impact
我们研究实验和计算颗粒流的动力学过程中的影响，入侵者罢工的磁盘从上面的集合。在该政权的颗粒力动力学比入侵者的运动更快，我们发现，入侵者附近的粒子流是成比例的瞬时入侵者的速度，它基本上是恒定的，当归一化的速度。颗粒流几乎没有发散，并且与入侵者保持平衡，尽管后者迅速减速。模拟结果表明，这一观察是不敏感的晶粒特性，这可以解释的晶粒间力动力学和入侵者动力学之间的时间尺度的分离。假设有一个可比的时间尺度分离，我们希望我们的结果适用于广泛的一类动态或瞬态颗粒流。我们的研究结果表明，静态的时间颗粒流的描述可能会扩展或修改，以描述这些动态流。此外，我们发现，准确的颗粒-颗粒相互作用是没有必要正确地捕捉颗粒流在这个政权。
2016-04-28 cond-mat.soft
Rheology of dilute granular gas mixtures where the grains interact via a square shoulder and well potential
本文研究了稀颗粒气体混合物的流变学。受带电颗粒相互作用的启发，我们假设颗粒通过方肩和阱势相互作用。采用动力学理论，我们计算的温度和剪切粘度的函数的剪切速率。数值模拟证实了我们的结果以上的临界剪切速率。在低于临界值的剪切速率下，发生颗粒的聚集。
2022-12-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effects of grain shape on packing and dilatancy of sheared granular materials
暴露于剪切的颗粒材料显示出各种独特的现象：雷诺数，位置顺序和取向顺序的影响可能会在剪切区竞争。我们研究了由宏观扁长形，扁圆形和球形颗粒组成的颗粒填料，并比较了它们的行为。利用X射线层析成像技术确定了圆柱形剖分底部剪切室内颗粒的位置和取向。填充密度和剪切区中的单个颗粒的安排进行了评价。对于不等轴粒子，我们观察到两个相反的效果的竞争。一方面，被剪切的粒子被扩张，但另一方面，粒子相对于流线重新定向和排列。尽管对齐的圆柱体原则上可以实现更高的填充密度，但这种对齐仅部分地补偿了不均匀性的影响。复杂的重排导致在良好取向区域上方的表面凹陷，而邻近部分仍然显示出以堆形式的膨胀效应。对于具有各向同性形状的颗粒，表面保持相当平坦。完美的单分散球结晶在剪切区，从而位置顺序部分过度补偿的双折射效应。然而，已经与理想的单分散球体形状的轻微偏差抑制结晶。
2014-06-05 cond-mat.soft
Friction and dilatancy in immersed granular matter
滑动板在薄颗粒层上的摩擦服从阿蒙顿-库仑定律。我们提出了一个大的实验结果表明，在几十年的值，有效的动态摩擦系数既不依赖于间隙流体的粘度，也不依赖于剪切层中的珠的大小，这证实了在很宽的实验参数范围内的固-固摩擦的类比。我们准确地确定了颗粒层的粘性，这依赖于晶粒尺寸和滑块速度可以定性地考虑整个浆料的流变行为。然而，额外的结果，通过化学处理的晶粒表面的改性后得到的，表明颗粒物质的流动特性的理论描述，即使浸入，需要考虑到晶粒表面的详细特性。
2008-06-10 cond-mat.soft
Hierarchical Granular Metamaterials
Department of Mechanical Engineering, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院机械工程系）；Department of Mechanical Engineering, University of California Berkeley（加州大学伯克利分校机械工程系）
通过三层设计（轻质工程颗粒、晶体堆积、功能梯度与缺陷）实现冲击吸收增强与低密度下峰值力降低，结合非线性计算与多尺度实验揭示机制，并实现变形与电传输的独立编程。
2026-06-23 cond-mat.soft
Granular Flow, Collisional Cooling and Charged Grains
分析了垂直管内颗粒流的非牛顿特性。推导了颗粒的流速和流速脉动（或颗粒温度）随时间的演化规律。稳态速度与管道宽度呈幂律关系，指数在3/4和3/2之间。如果密度保持足够低，则碰撞冷却越有效，流动就变得越快。详细讨论了碰撞冷却对固相率、恢复系数和所有颗粒可能的电荷的依赖关系。
1999-09-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Packing Fractions and Maximum Angles of Stability of Granular Materials
在二维转鼓实验中，我们发现颗粒堆的堆积率对其稳定性有两个独立的影响。对于一个固定的晶粒形状，稳定性增加的包装分数。然而，在确定不同颗粒形状的相对稳定性时，具有最低平均堆积分数的颗粒倾向于形成最稳定的堆积。我们还表明，只有配置接近表面的桩的数字显着。
2004-12-23 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
Highly strained mixtures of bidimensional soft and rigid grains: an experimental approach from the local scale
颗粒系统并不总是均匀的，可以由具有非常不同的机械性能的颗粒组成。为了提高我们对真实颗粒系统行为的理解，在这项实验研究中，我们压缩了由软颗粒和刚性颗粒组成的二维双分散系统。通过最近开发的实验装置，\md{from the measurement of the displacement field we can}遵循从每个粒子内部到整个系统尺度的颗粒介质的所有机械可观测量。我们\md{are able to}检测这些可观的干扰过渡，并研究他们的演变深堵塞状态的包装分数高达$0.915$。我们展示了这样一个系统的行为的唯一性，\md{in which way}它类似于纯软或刚性系统，以及它是如何不同于它们的。这项研究构成了第一步，更好地了解颗粒材料的力学行为，是多分散的颗粒流变学。
2021-03-22 cond-mat.soft
Binary collision approximation for multi-decorated granular chains
我们研究了脉冲在没有预压缩的情况下沿装饰锥形颗粒链的传播。我们的目标是推广在我们以前的工作中得到的结果，通过分析一个装饰链与任意数量的小颗粒之间的大的。利用一种有效的描述，将原来的修饰锥形链替换为一个有效质量通过有效势相互作用的非修饰锥形链，并应用二元碰撞近似，计算了脉冲在每个有效大颗粒上的停留时间.我们还提出了运动方程的数值积分和我们的分析预测之间的比较，这表明协议是非常好的脉冲速度，虽然只有定性的速度的晶粒。
2013-07-15 cond-mat.soft
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
Stability of Granular Tunnel
我们证明了由颗粒物质制成的隧道的稳定性强烈依赖于颗粒的粒度、隧道直径和颗粒中的含水量。较大的隧道半径、较大的颗粒尺寸和太多的含水量倾向于使隧道不稳定。我们还开发了一个模型来描述这些发现。我们确定了一个稳定的相图，这在很大程度上控制颗粒键序。对于大于1的颗粒键级，我们总是可以做一个稳定的隧道。然而，对于颗粒键序小于统一，我们得到了一个一般表达式的最大隧道厚度，可以。据我们所知，这是第一次探索有关粒状隧道的稳定性。
2018-02-22 cond-mat.soft
Impact drag force exerting on a projectile penetrating into a hierarchical granular bed
固体物体对小物体表面的撞击可以通过固体对分级结构的颗粒目标的撞击来建模。在实验的基础上，建立了分层结构颗粒靶的撞击阻力模型。我们进行了一组颗粒冲击实验，其中机械强度和孔隙率的目标颗粒系统地变化。微小的玻璃珠（直径为$5$ ~ $μ$ m）聚集形成直径为$2$ ~ $4$ ~mm的多孔颗粒。然后，烧结颗粒以控制其强度。将聚乙烯球（直径为$12.7$ ~mm）滴到由这些多孔颗粒组成的分级粒状靶上。穿透球的运动被高速摄像机捕获并分析。我们发现，由分层结构的颗粒目标产生的冲击阻力可以由惯性阻力和深度比例阻力的总和来模拟。分层颗粒碰撞中的深度比例阻力远大于通常由刚性颗粒组成的颗粒靶。药柱强度与冲击动压之比是表征这种超大深度比例阻力的关键无量纲参数。当冲击动压足够大时，冲击动力学过程中，颗粒破裂起着重要作用。这意味着，对于小物体的撞击，也应该考虑颗粒破裂的影响。也许，表面颗粒的有效强度可以根据行星探测器的侵入或着陆的运动学观测来估计。
2022-06-23 astro-ph.EP cond-mat.soft
Velocity correlations in dense granular flows observed with internal imaging
我们表明，在均匀密颗粒流筒仓内的速度相关性是类似的弹性硬球液体的流体动力学响应。使用荧光折射率匹配的间隙流体在其中流动由持久接触中的颗粒主导并且波动与行进的距离成比例的制度中进行测量，而与流速无关。颗粒的速度自相关函数在短时间内呈负相关，并与简单液体相似地缓慢振荡衰减到零。弱的空间速度相关性观察到几个晶粒直径。均方位移示出了指示锁定动力学的拐点。观察到的相关性在边界处有质的不同。
2006-12-28 cond-mat.soft
Measurements of Grain Motion in a Dense, Three-Dimensional Granular Fluid
我们用核磁共振技术测量了芥菜籽在15g垂直振动下的短时三维位移。该技术平均在一个时间间隔内，其中颗粒弹道移动，给出了一个直接测量的颗粒温度分布。最近的非弹性硬球的流体动力学理论很好地描述了致密的，较低的部分的样品。在自由上表面附近，平均自由程大于颗粒直径，流体动力学描述失效。
2001-11-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Gel-like granular materials with high durability and high deformability
建筑材料如混凝土和砂浆是通过固化粒状板形成的。这些材料通常会在地震等巨大力量的作用下断裂，导致结构倒塌和潜在的人员伤亡。防止开裂的一种研究途径是实现一种可以保持稳定形状而不会固化的材料。在这里，我们专注于涂有硅油的砂粒，实验研究的杨氏模量的颗粒板，其中普通颗粒和涂层颗粒混合的混合比$α$。发现杨氏模量在$α\ge 0.6$处迅速增加。我们使用数值模拟表明，这种突然增加的杨氏模量是由刚性渗流过渡。此外，我们能够表明，含有覆膜砂的颗粒板具有出色的变形能力，而不会在大的外部应力下坍塌。我们相信这可能会导致颗粒材料的发展，这些颗粒材料在通常的压力下是刚性的，但在更极端的条件下（如地震活动期间）是可变形的。
2023-02-21 cond-mat.soft
Characterization of the Drag Force in an Air-Moderated Granular Bed
我们测量的扭矩作用在一个垂直于其轴旋转的杆在颗粒床，通过气体的上升流是用来调整颗粒之间的流体静力学负荷。在低转速下的扭矩是独立的速度，但规模二次与杆的长度和深度的线性比例接近零线性上升的气体增加到一个临界值以上的谷物流化。在高旋转速率下，扭矩表现出二次速率依赖性，并且随着杆的长度的4次方而缩放。在这些较高的速率下，扭矩与深度或气流无关。一个模型用来描述所经历的弹丸撞击颗粒床的停止力可以被证明是预测这些行为，我们的系统的几何形状，表明相同的力学决定在颗粒系统中的稳态和瞬态阻力，无论几何形状或材料特性的颗粒。
2009-12-14 cond-mat.soft
Granular focused jet
本文通过跌落实验和离散元模拟研究非流化颗粒床中聚焦射流的形成，揭示其与液体射流共享运动学聚焦机制，但高堆高下因颗粒接触耗散导致速度随堆高降低。
2025-08-16 cond-mat.soft
Internal Avalanches in a Granular Medium
颗粒位移的雪崩可以通过在仓中静止的颗粒材料的内部内产生局部空隙来产生。通过一组单分散圆盘模拟这样一个二维颗粒系统，重复扰动的系统，显示了自组织临界性的所有特征。在雪崩的传播过程中，颗粒之间的竞争产生拱，并在临界状态下获得不同大小的拱的分布。使用一个元胞自动机模型，我们证明了拱的存在决定了模型系统的普遍行为。
1998-08-04 cond-mat.soft
Evolution of shear zones in granular materials
本文通过实验和数值模拟研究了底部剪切单元中准静态干颗粒流宽剪切区（或剪切带）的演化。我们比较了由珠子、不规则颗粒（例如沙子）和细长颗粒组成的材料的行为。剪切一个最初随机的样品，区域宽度被发现显着减少，在第一阶段的过程。与这种减少相关的特征剪切应变约为1，并且随着形状各向异性而系统地增加，即当颗粒形状从球形变为不规则（例如砂）并变得细长（钉）时。区域宽度的强烈减小趋势之后是略微增加，这对于棒状颗粒比对于具有较小形状各向异性的颗粒（珠粒或不规则颗粒）更明显。区域宽度的演变与剪切引起的密度变化有关，对于非球形颗粒，它还涉及晶粒重取向效应。不规则颗粒的最终区域宽度明显小于球形珠。
2014-08-07 cond-mat.soft
Collision Dynamics of Particle Clusters in a Two-dimensional Granular Gas
在粒状气体中，非弹性碰撞产生不稳定性，其中组成颗粒不均匀地聚集。然后这些团簇彼此相互作用，进一步降低它们的动能。我们报告的自由碰撞的致密的粒子团簇在一个二维几何形状的实验。颗粒由固体CO $_{2}$组成，由于升华的蒸汽，其几乎无摩擦地漂浮在热表面上。在两个由$\approx$ 100个粒子组成的密集簇碰撞之后，有两个不同的演化阶段。首先，平移动能迅速减少超过90%，因为“干扰锋”扫过每个集群。随后，随着颗粒接近容器边界，动能降低得更慢。在这种情况下，测得的速度分布是非高斯的长尾。最后，我们比较我们的实验，计算机模拟碰撞，二维，颗粒状集群组成的圆形，粘弹性颗粒与摩擦。
2013-10-16 cond-mat.soft
Arches and contact forces in a granular pile
在其自身重量下机械稳定的粒状颗粒的集合体包含拱。这些结构单元被识别为相互稳定的颗粒组。通常认为这些拱屏蔽了它们上面的重量，并且应该承受系统中的大部分应力。通过研究拱内和拱外颗粒所承受的应力，验证了这一假设。我们表明，事实上，粒子在拱承受更大的压力。特别是，各向同性应力往往是更大的拱晶粒，而各向异性组件是边缘区分两种类型的颗粒。接触力分布表明，指数尾（兼容的熵最大化下没有额外的约束），其次是拱外接触。在拱接触似乎是兼容的高斯分布与最近推出的方法，考虑到当地的力平衡对晶粒施加的约束。
2012-05-29 cond-mat.soft
Compaction dynamics in ductile granular media
韧性压实作用在许多自然系统中很常见，但这类系统的时间演化却很少被研究。我们观察到令人惊讶的振荡，在底部测量的韧性颗粒的自紧合奏的重量。振荡在实验的前十个小时内发展，通常持续整个实验（一周）。重量振荡连接到晶粒-壁接触，并直接与所观察到的应变演化和动态的晶粒-壁接触过程中的压实。在这里，我们提出的实验结果和系统的特征时间常数，并讨论了可能的原因，测得的重量振荡。
2005-10-19 cond-mat.soft
