Packings of frictionless spherocylinders
本文给出了无摩擦球圆柱体颗粒堆积特性的模拟结果。从颗粒在空间中的随机分布开始，通过使颗粒间接触的势能最小化直到达到力平衡状态来产生堆积。对于不同的颗粒长径比$α=10\ldots 40$，我们计算接触$z$，压力以及体积和剪切模量。最重要的是在两端具有接触的球柱体的分数$f_0$，因为它控制干扰阈值$z_c(f_0)=8+2f_0$。这些结果突出了spherocylinder，这是一个零能量模式，但只有当没有端部接触的轴向“滑动”自由度的重要作用。
2020-08-06 cond-mat.soft
Structure of marginally jammed polydisperse packings of frictionless spheres
我们建模的包装结构的一个边际堵塞散装合奏的多分散球体使用扩展granocentric模式明确考虑到摇铃。这导致了填料的特征参数（例如，相邻体的平均数和振子的分数）与径向分布函数g（r）之间的关系。我们发现模型预测的g（r）和包装模拟以及实验堵塞的乳液液滴之间的良好协议。所观察到的定量协议开辟了一条道路，对成像和散射实验堵塞粒子系统的完整结构表征。
2014-11-02 cond-mat.soft
Mean-field granocentric approach in 2D & 3D polydisperse, frictionless packings
通过模拟研究了二维和三维多分散无摩擦球形堆积在随机密堆积密度下的接触网络性质。我们观察到的颗粒大小和接触数是独立的多分散性的填料之间的普遍相关性。这使我们能够制定一个平均场版本的granocentric模型来预测接触数分布P（z）。我们发现的预测是在很好的协议与广泛的离散和连续的尺寸分布。模型中出现的两个参数的值也与填料的多分散性无关。最后，我们看看最近的邻居的空间相关性调查的granocentric方法的有效性。我们发现，颗粒的大小和接触数是反相关的granocentric模型的假设形成对比。尽管有这个缺点，但相关性足够弱，这解释了从模型获得的P（z）的良好近似。
2013-02-11 cond-mat.soft
Stress anisotropy in shear-jammed packings of frictionless disks
我们进行计算研究的排斥，无摩擦磁盘的机械稳定（MS）包装的应力各向异性的发展。我们专注于两个协议产生MS填充：1）各向同性压缩和2）施加简单或纯剪切应变$γ$在固定的包装分数$ϕ$。无摩擦圆盘的MS填充在$ϕ$ - $γ$平面中以几何族（即具有正曲率的抛物线段）的形式出现。方案1中的MS填充填充了具有斜率符号$dϕ/dγ>0$和$dϕ/dγ<0$的抛物线段。相比之下，方案2的MS填充仅用$dϕ/dγ<0$填充片段。对于简单剪切和纯剪切，我们推导出了MS填充沿几何族的应力各向异性和粘性$dϕ/dγ$之间的关系。我们表明，MS填料制备使用各向同性压缩，应力各向异性分布是高斯为中心的零与标准偏差，随着系统尺寸的增加而减少。对于剪切堵塞MS填料，应力各向异性分布是依赖于应变的Weibull分布的卷积，其在大系统极限中具有非零平均值和标准差。我们还开发了一个框架来计算应力各向异性分布通过协议2产生的包装的应力各向异性分布通过协议1。这些结果强调，对于排斥摩擦无盘，不同的包装生成协议引起不同的MS包装概率，从而导致MS包装的宏观性质的差异。
2018-06-12 cond-mat.soft
Unjamming of Granular Packings as a Constraint Satisfaction Problem: Evidence for a Growing Static Length Scale in Frictionless Packings
在软堵塞填料的物理学中，一个突出的问题是关于在非堵塞过渡附近出现的相关性的性质。在这项工作中，我们对待unjamming作为一个约束满足问题，并证明了静态的关联函数，探头的边界条件的敏感性，表现出发散的相关长度的包装被解压。这个长度尺度与均衡性有关，并且早先已经与均衡填充中软模的存在相联系。的关联函数的形式是非常相似的马赛克理论中预测的玻璃化转变，我们与包装的熵的增长相关性的性质。
2010-07-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Search for Hyperuniformity in Mechanically Stable Packings of Frictionless Disks Above Jamming
我们数值模拟了两维软核，无摩擦，双分散盘的机械稳定填充，高于干扰填充分数phi_J。对于具有固定各向同性全局应力张量的配置，我们研究了局部填充分数phi（r）的波动，以测试这种配置是否显示出被声称精确存在于phi_J的超均匀性。对于我们的配置，由快速淬火协议产生的，我们发现，超均匀性只持续到一个有限的长度尺度，并且该长度尺度似乎保持有限的系统应力减少到零，即朝着堵塞过渡。我们的研究结果表明，在干扰的超均匀性的存在下，可能是敏感的特定协议用于构建被卡住的配置。
2015-12-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Stress Response in Confined Arrays of Frictional and Frictionless Particles
用计算机模拟研究了三维颗粒填料内部的应力传递。局部化力扰动技术实现摩擦和摩擦浅，有序，颗粒阵列的固体边界的范围内的系统尺寸。摩擦填料的应力响应曲线与经典各向同性弹性理论的半无限半平面的预测吻合得很好，直到大约四十个颗粒直径的线性尺寸的盒子和施加的力的几个数量级。无摩擦填料的响应曲线表现出一个过渡制度，以强烈的各向异性功能，随着盒子的大小。的应力响应的性质之间的差异示出其特征在于由非常不同的粒子位移场。
2011-07-29 cond-mat.soft
Instabilities of jammed packings of frictionless spheres under compression
我们考虑的振动态密度的贡献和分布的能量势垒高度的初始不稳定性的玻璃建模的一个拥挤的包装球。在接近不稳定性时，正常模式的频率和进入新的基态的能垒高度都消失了。这些不稳定性对振动态的密度产生贡献，在低频$ω$下，该贡献按$ω^3$标度，但在热力学极限下消失。此外，他们影响的非谐性能，能量势垒$ΔH$的分布，给出的贡献，规模为$ΔH^{-1/3}$在低势垒高度，这应该是普遍的堵塞和玻璃系统。
2017-04-04 cond-mat.soft
Statistics of Conserved Quantities in Mechanically Stable Packings of Frictionless Disks Above Jamming
我们数值模拟机械稳定填料的软核，无摩擦，bidisperse磁盘在两个维度上，上面的干扰包装分数$ϕ_J$。对于一个固定的各向同性的全球应力张量的配置，我们计算的平均值，方差和相关性的保守量（应力$Γ_{\cal C}$，力瓦面积$A_{\cal C}$，Voronoi体积$V_{\cal C}$，粒子数$N_{\cal C}$，和小粒子数$N_{s{\cal C}}$）的紧凑的粒子${\cal C}$，作为集群大小和全球系统应力的函数。我们发现几个显着的差异取决于集群${\cal C}$是否是由一个固定的半径$R$或一个固定数量的粒子$M$定义。我们评论的影响，我们的研究结果的最大熵模型堵塞包装。
2014-10-03 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Critical scaling in linear response of frictionless granular packings near jamming
通过分析无摩擦颗粒介质的线性响应，研究了无摩擦颗粒介质在阻塞转捩以上的标度行为的起源。对局部强迫的响应是非自平均的，并且在干扰过渡处发散的长度尺度上波动。在干扰转捩附近，对全球强迫的响应变得越来越非仿射。这是由于接近的软盘模式，其影响，我们的特点是局部线性响应。我们发现，当地的响应也支配的弹性常数和接触数的异常标度。
2006-10-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Protocol dependence of the jamming transition
我们提出了一个理论框架，用于预测通过纯粹排斥接触力相互作用的无摩擦球形粒子的堵塞转变的协议依赖性。我们研究了通过两个协议：各向同性压缩和简单剪切等静压堵塞盘填料。我们表明，无摩擦系统，所有堵塞的包装可以通过任何协议。然而，获得特定堵塞包装的概率取决于包装生成协议。我们预测的平均剪切应变诱导堵塞在最初未堵塞填料从测量的概率堵塞在包装分数$ϕ$从各向同性压缩。我们比较我们的预测干扰的数值模拟结果，并找到定量协议。我们还表明，包装分数的范围内，应变引起的干扰发生，趋于零的大系统限制无摩擦填料过阻尼动态。
2016-01-15 cond-mat.soft
Hypostatic jammed packings of frictionless nonspherical particles
我们进行计算研究的静态包装的各种非球形颗粒，包括circulo-lines，circulo-polymers，椭圆，不对称二聚体，哑铃，以确定哪些形状形成实体与均衡包装，并了解为什么实体包装的非球形颗粒可以是机械稳定的，尽管有更少的接触比从天真的约束计数预测。为了产生高度精确的力和扭矩平衡包装的circulo线和多边形，我们开发了一个粒子间的潜力，使连续的力和扭矩作为粒子坐标的函数。我们发现，包装分数和协调数在干扰发病服从一个主样的形式，我们研究的所有非球形颗粒包装时，绘制与颗粒的非球面度${\cal A}$，这是成比例的平方周长的比例，该颗粒的面积。此外，不同颗粒形状的填充的动力学矩阵的特征值谱崩溃时，绘制在相同的${\cal A}$。对于非球形粒子的实体包装，我们验证了“四次”模式的数量，沿着该模式的势能增加作为扰动振幅的四次方匹配的数量的失踪接触相对于均衡值。此外，我们计算的不等式约束的圆形线包装中的每个接触的主曲率，并确定特定类型的接触具有凸曲率的不等式约束。这些接触可以限制多个自由度，并允许非球形颗粒的实体包装机械稳定。
2017-11-26 cond-mat.soft
Large-scale frictionless jamming with power-law particle size distributions
由于显著的计算费用，尺寸分散的球体的尺寸比大于1：10的堵塞填料的离散元方法模拟仍然难以捉摸，限制了模拟和现实世界的颗粒材料与大尺寸分散度之间的对应关系。最近开发的邻居分箱算法，我们产生机械稳定的堵塞包装的无摩擦球的幂律尺寸分布包含高达近四百万颗粒的尺寸比高达1：100。通过系统地改变基本幂律的宽度和指数，我们分析了颗粒尺寸分布对堵塞填料结构的作用。的denandrificing填料获得的大小分布，平衡的相对丰度的大/大/中间和小-小颗粒接触。虽然响尾蛇颗粒的比例和平均配位数强烈地依赖于尺寸分布，非响尾蛇颗粒的平均配位在所有情况下都达到无摩擦均衡值6。参与承载网络的非响尾蛇颗粒的尺寸分布表现出不依赖于总颗粒尺寸分布的宽度，超过了低量级指数幂律的临界颗粒尺寸。这意味着只有尺寸大于临界粒度的颗粒才有助于机械稳定性。然而，对于高数量级指数的幂律，所有的颗粒尺寸参与的机械稳定性的包装。
2022-08-15 cond-mat.soft
A geometric-Structure Theory for maximally Random Jammed Packings
最大随机堵塞（MRJ）颗粒填料可以被视为原型玻璃，因为它们是最大程度地无序，同时是机械刚性的。在无摩擦颗粒的其他堆积特性中，MRJ堆积密度的预测仍然提出了许多理论挑战，即使是全等的球体或圆盘。使用的几何结构的方法，我们推导出第一次一个非常广泛的一类二维无摩擦包装，即二元凸超盘，形状，连续插入圆和正方形之间的MRJ密度的高精度公式。
2016-05-22 cond-mat.soft
Adhesive Loose Packings of Small Particles
我们探讨粘性松散包装干燥的小球形颗粒的微米尺寸使用三维离散元模拟与粘合剂接触力学。一个无量纲的粘附参数（$Ad$）成功地结合了颗粒速度，尺寸和粘附功的影响，确定了一个通用的制度，胶粘剂包装$Ad>1$。在这个政权的填料的结构特性很好地描述了一个合奏方法的基础上的粗粒度的体积函数，包括散装和接触球之间的相关性。我们的理论和数值计算结果预测：（一）状态方程的粘性松散包装，出现作为一个连续的无摩擦随机紧密包装（RCP）点的堵塞相图;（二）存在一个最大的松散包装点的配位数$Z=2$和包装分数$ϕ=1/2^{3}$。我们的研究结果强调，粘附导致一个普遍的包装制度在包装分数远小于随机松散包装，这可以在一个统计力学框架内描述。我们提出了一个一般的相图堵塞的物质，包括摩擦，摩擦，粘合剂以及非球形颗粒，提供了一个分类的包装方面的延续，从球形无摩擦RCP。
2014-10-08 cond-mat.soft
Geometrical properties of rigid frictionless granular packings as a function of particle size and shape
采用三维离散数值模拟方法研究了密排无摩擦颗粒集合体的性质与颗粒多分散性和形状的关系。与某些实验结果不同的是，模拟结果表明，轴面体（八面凸多面体）的无序堆积比球形或圆形颗粒的无定形堆积具有更高的固体分数值，从而满足了焦和同事对随机堆积的Ulam猜想的类似[Y. Jiao和S. Torquato，Phys. Rev. E $\textbf{84}$，$041309$（$2011$）]。实验结果和数值结果之间的这种表面差异被认为是由于通过实验致密化过程克服颗粒间摩擦的困难。此外，固体分数被证明是进一步增加的双分散性和峰值时，小颗粒的体积比例达到$30\%$。另外，用高达$50\%$的扁平轴面代替等距轴面，固体分数降低，特别是当扁平颗粒也被拉长时。然而，与多分散性相比，颗粒形状似乎对填充固体分数起次要作用。对填料微观结构的进一步研究证实，轴面填料满足均衡猜想，并且除了在填料中平面或平面-细长多面体的$30$到$50\%$之外，它们是自由有序的。这种有序度的逐渐增加是由扁平或扁平细长颗粒的重新取向引起的有序相的形式，以使堆积势能最小化。同时，这种重新取向似乎增加了固体分数值略高于单分散等距pinacoids实现的最大值，以及配位数。最后，部分替代的细长轴面等距的堆积固体分数或秩序的影响有限。
2017-06-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Statistics of the contact network in frictional and frictionless granular packings
对具有不同颗粒摩擦系数μ的模拟颗粒填料进行了考察。计算了颗粒-颗粒和颗粒-壁面法向和切向接触力P（f）的分布，并与现有的实验数据进行了比较。这里，f等于F/F-bar，是由平均值F-bar归一化的接触力F。P（f）在大的力下表现出指数状衰减，在f = 1附近有一个平台/峰值，在小于平均值的力下有额外的特征，这些特征取决于μ。力-力空间分布函数和接触点径向分布函数的计算表明，力之间的相关性仅弱地依赖于摩擦，并且在超过大约三个颗粒直径后迅速衰减。颗粒-颗粒接触角的分布表明，接触网络不是各向同性的，仅弱地依赖于摩擦。高承载力的结构，或力链，不发挥主导作用，在这些三维，卸载填料。
2002-08-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Random close packing revisited: How many ways can we pack frictionless disks?
我们使用一种算法在2d中创建50-50个双分散混合物的光滑圆盘的集体堵塞（CJ）包装，在该算法中，我们连续压缩或膨胀软颗粒，并在每一步最小化总能量，直到颗粒刚好接触。我们专注于2D中的小系统，因此能够找到每个系统大小的几乎所有集体堵塞状态。我们将用于在特定填充分数$ϕ$处获得集体堵塞状态的概率$P(ϕ)$分解为两个复合函数：1）CJ填充分数的密度$ρ(ϕ)$，其仅取决于几何形状;以及2）频率分布$β(ϕ)$，其取决于用于创建它们的特定算法。我们发现，功能$ρ(ϕ)$是尖锐的峰值和$β(ϕ)$指数依赖于$ϕ$。我们预测，在无限系统尺寸限制的行为$P(ϕ)$在这些系统中是由CJ包装分数的密度-而不是频率分布。这些结果表明，当$N \to \infty$时，$P(ϕ)$中峰的位置可用作随机紧密堆积的协议无关定义。
2005-03-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Tuning Jammed Frictionless Disk Packings from Isostatic to Hyperstatic
我们进行了广泛的计算研究的二维静态bidisperse磁盘包装使用两个不同的包装生成协议。第一个涉及在热淬火速率$r$和初始填充分数的范围内将平衡的液体配置热淬火至零温度，然后以小步骤压缩和减压以在堵塞开始时达到填充分数$ϕ_J$。对于第二个，我们种子系统的初始配置，促进微观和宏观相分离的填料，然后压缩和解压到$ϕ_J$。我们发现，无定形，均衡包装存在于一个有限的范围内的包装分数从$ϕ_{\rm min} \le ϕ_J \le ϕ_{\rm max}$在大系统的限制，与$ϕ_{\rm max} \approx 0.853$。与以前的计算一致，我们得到了$r > r^*$的$ϕ_{\rm min} \approx 0.84$，其中$r^*$是速率，高于该速率，$ϕ_J$对速率不敏感。我们进一步比较了等静压填料与超静压填料的结构和机械性能。结构表征包括接触数、键取向顺序和大小颗粒的混合比。我们发现，均衡包装的位置和组成无序，而键取向和组成顺序增加与接触数的超静定包装。此外，我们计算的静态剪切模量和正常模式频率的静态填料，以了解在何种程度上的机械性能的无定形，均衡填料是不同的部分有序填料。我们发现，填料的机械性能不断变化的接触数的增加，从等静压到超静压。
2010-07-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Start-up shear of spherocylinder packings: effect of friction
我们研究了长球形圆柱体颗粒通过摩擦力与摩擦系数$μ$相互作用的包装的剪切变形的响应。的包装生产和变形的分子动力学模拟的帮助下，结合最小化技术在GPU上进行。我们计算的线性剪切模量$g_\infty$，这是数量级大于相应的无摩擦系统中的模量$g_0$。造成这些大摩擦力的颗粒的运动受球形圆柱体的长度$\ell$的控制，并随其增加。这种运动的一个结果是剪切模量$g_\infty$在极限$\ell\to\infty$中接近一个有限值，即使填料的密度为零，$ρ\propto\ell^{-2}$。相比之下，无摩擦模量根据密度行为降至零（$g_0\sim\ell^{-2}$）。增加应变超过一个值$γ_c\sim μ$，填料经历了一个“剪切变稀”的过渡，从大的摩擦到较小的无摩擦模量时，接触饱和在库仑不等式，并开始滑动。在这种情况下，滑动摩擦产生“屈服应力”$σ_y=g_\inftyγ_c$，应力表现为$σ=σ_y+g_0γ$。静态摩擦和滑动摩擦之间的相互作用在振荡剪切模拟中引起滞后。
2021-05-04 cond-mat.soft
Jamming in Systems Composed of Frictionless Ellipse-Shaped Particles
我们研究了堵塞的椭圆填料的结构和力学性质，发现这些系统中的堵塞过渡的性质是根本不同的球形颗粒。椭圆形填充是一种具有比约束多的自由度的实体填充。低能激发谱在一定的长径比范围内具有两个能隙和三个不同的分支。在零压缩极限下，最低支模的能量随变形幅度{ \it四次方}增加，态密度在零频率下具有$δ$函数.我们确定的缩放关系，崩溃的低频部分的频谱不同的纵横比。最后，我们发现实静性的程度取决于堆积的四次模的数目。
2008-12-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Jammed frictionless discs: connecting local and global response
通过计算软无摩擦圆盘填料对准静态外扰动的线性响应，研究了其弹性性质和非仿射变形随堵塞距离的临界标度行为。平均在一个合奏的类似的包装，这些系统很好地描述了弹性，而在单一的包装，我们确定了一个发散的长度尺度$\ell^*$，该系统的响应是由当地的包装混乱。我们直接观察到的这个长度标度发散为$1/Δz$，其中$Δz$是接触数和它的均衡值之间的差，并且看起来与早先在解释振动模式谱时引入的长度标度相同。它支配着从小尺度的均衡行为到大尺度的连续行为的交叉;事实上，我们将这个长度尺度与获得平滑应力场所需的粗粒化长度相一致。我们使用\emph{displacement angle distribution}（相对滑动量的局部测量）来表征颗粒的非仿射位移，并分析了局部相对位移与弹性模量之间的联系。
2009-11-04 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Experimental Demonstration of Nonuniform Frequency Distributions of Granular Packings
我们开发了一种新的实验技术，以产生机械稳定（MS）无摩擦颗粒磁盘包装。我们进行了一系列的协调实验和数值模拟，以枚举的MS包装在小的二维系统组成的双分散磁盘。我们发现，无摩擦MS包装发生在配置空间中的离散，分离良好的点，并获得良好的定量之间的协议产生的MS包装实验和模拟。此外，我们观察到MS包装概率可以变化许多数量级，并且相对于包装生成过程是鲁棒的。这些结果表明，最常见的MS包装可能占主导地位的颗粒系统的结构和力学性能。我们认为，这些小系统的结果是一个关键的第一步，从“自下而上”构建一个大颗粒系统的统计描述。
2009-03-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Mechanical properties of jammed packings of frictionless spheres under applied shear stress
通过最小化一个类似的潜在的，我们无偏采样的势能景观软和无摩擦球恒定剪切应力下。我们得到零温度堵塞状态下所需的剪切应力，并研究其作为剪切应力的函数的机械性能。作为比较，我们也得到了堵塞状态，从准静态剪切采样，其中的剪切应力没有得到很好的控制。虽然两次取样确定的屈服应力与从点$J$开始的压缩具有相同的幂律标度，即~对于有限尺寸体系，准静态剪切取样导致较低的屈服应力和较高的临界体积分数点$J$。堵塞固体的剪切模量随着剪切应力的增加而减小。然而，剪切模量在屈服时不会衰减到零。剪切模量的这种不连续的变化意味着在非零剪切应力下的非堵塞过渡的不连续性，这进一步验证了从堵塞的固体剪切流的压力的不连续跳跃的观察。压力跃变在减压时减小，并且在类临界点$J$处接近零，类似于在外场下众所周知的相变。对堵塞固体中的力网络分析表明，在$J$点附近，力的分布对剪应力的增加更为敏感。力网络各向异性随剪应力的增大而增大。平均力附近和大剪应力下的弱颗粒接触表现出不对称的角度分布。
2015-02-03 cond-mat.soft
Complexity in surfaces of densest packings for families of polyhedra
硬多面体的包装已经研究了几个世纪，由于其数学美学和最近的应用领域，如纳米科学，颗粒和胶体物质，和生物学。在所有这些领域中，颗粒形状对结构和性质都很重要，特别是在拥挤时。在这里，我们探索包装作为形状的函数。通过结合模拟和分析计算，我们研究了三个2-参数的硬多面体的家庭，并报告了一个广泛的和系统的分析超过55，000凸形的denchant包装。这三个家族具有三角形群的对称性（二十面体，八面体，四面体），并在各种对称固体（柏拉图，阿基米德，加泰罗尼亚）之间插值。我们发现，最佳（最大）包装密度表面，揭示意想不到的丰富性和复杂性，包含多达130个不同的结构在一个家庭。我们的研究结果表明，在包装的上下文中，形状不是作为一个对象的静态属性，而是作为一个更高维度的形状空间中的一个点，其在该空间中的邻居可能具有相同或明显不同的包装。最后，我们提出并解释我们的包装结果在一个一致的和普遍适用的方式，提出了一种方法来区分区域的包装和分类类型之间的过渡。
2013-09-10 cond-mat.soft
Spatial distribution functions of random packed granular spheres obtained by direct particle imaging
我们测量的两点密度相关性和Voronoi细胞分布的周期性剪切颗粒球获得的荧光技术，并比较它们与无摩擦球的随机堆积。我们发现，径向分布函数$g(r)$捕获的Percus-Yevick方程的初始体积分数$ϕ=0.59$。然而，由于随着$ϕ$向随机紧密堆积增加，第二峰分裂，观察到小但系统的偏差。的Voronoi自由体积的分布偏离假设的$Γ$分布，和取向的顺序度量$Q_6$显示无摩擦球的数值结果相比，混乱。总的来说，这些措施显示出显着的相似性随机堆积的颗粒和无摩擦球，但一些系统的差异。
2010-01-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Edwards thermodynamics of the jamming transition for frictionless packings: ergodicity test and role of angoricity and compactivity
本文阐述了如何平衡统计力学的工具可以帮助解释一个远离平衡的问题：堵塞过渡无摩擦颗粒材料。爱德华兹的想法包括提出一个统计合奏的体积和应力波动，通过热力学概念的熵，紧致性，X和angoricity，A（两个温度一样的变量）。我们发现爱德华兹热力学能够描述的干扰转变（J点）。使用系综形式主义，我们阐明了以下几点：（i）我们测试相结合的体积应力系综通过比较的统计特性的堵塞的配置获得的动力学与那些平均在系综的最小值的势能景观作为遍历性的测试。这两种方法之间的协议支持“热化”的想法，在给定的angoricity和压实。(ii)微正则系综分析支持了晶粒的最大熵原理。(iii)密集变量通过一系列标度关系描述干扰方法，如A { \to } 0+和X { \to } 0-。由于力-体积耦合，可以通过由A和X的贡献组成的“阻塞温度”TJ来精确地探测阻塞转变。(iv)热力学框架揭示了干扰相变的顺序，通过显示在干扰的压力和体积等可观测量的临界波动的情况下。(v)最后，我们阐述了与相关研究的比较，显示了微观状态的等概率故障。
2011-01-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Athermal shearing of frictionless cross-shaped particles of varying aspect ratio
本文采用数值模拟的方法研究了无热、无摩擦、过阻尼、二维十字形颗粒在剪切驱动下的稳态流动，并与棒状和钉状颗粒的行为进行了比较。我们发现，颗粒形状的非凸性的程度起着重要的作用，在确定的堵塞包装分数的值，以及旋转运动和定向有序的颗粒。
2021-04-02 cond-mat.soft
Force networks and jamming in shear deformed sphere packings
抵抗剪切变形的自组织结构的形成已经在剪切堵塞和增厚的背景下进行了讨论[1-3]，其中摩擦力起着关键作用。然而，剪切导致了即使在无摩擦填料[4]中堵塞所必需的几何特征。我们分析的条件，在这样的组件解决力和扭矩的平衡条件，他们的接触几何堵塞。我们证明，并与摩擦模拟验证，均衡条件平均接触数Z = D + 1（空间维度D = 2，3）持有在干扰有限和无限摩擦，以上的随机松散堆积密度。我们证明了剪切干扰阈值满足最近提出的无摩擦系统干扰的边缘稳定性条件[5]。我们对D = 2进行了刚性渗流分析[6，7]，发现刚性渗流先于剪切堵塞，然而这与过约束区域的渗流相一致，导致识别出类似于共价玻璃中观察到的中间相[8]。
2017-05-29 cond-mat.soft
Frictionless bead packs have macroscopic friction, but no dilatancy
本文通过对无摩擦、近刚性珠粒在准静态极限下的均匀剪切填料的数值模拟来说明这一问题。结果符合稳定的OWS在恒定的剪切速率在小的和静态的方法，其中填料的平衡下不断增长的偏应力的限制。内摩擦角在简单剪切中等于5.76 $\pm$ 0.22度，与刚性极限中的平均压力P无关。它被证明是源于稳定的无摩擦接触网络的能力，形成应力诱导的各向异性织物。没有观察到持久的应变局部化。宏观层面上的耗散是由重复的网络重排引起的，就像无摩擦滑块在凹凸表面上的有效摩擦一样。在缓慢或静态剪切系统中，固体分数保持等于随机紧密堆积值0.64。波动的应力和体积观察到回归的大系统的限制，我们得出结论，相同的摩擦法简单剪切适用于大psystem的限制，如果正常的应力或密度是外部控制。将惯性数定义为I = m/（aP），m为颗粒质量，a为颗粒直径，在准静态极限I为零时，内摩擦系数$μ$ = tan和体积1/都随I的幂次增加，其中所有的力学性能都由接触网络几何形状决定。剪切材料的微观结构的特征在于与一个合适的参数化的织物张量和测量的连接和协调数与接触和近邻。
2008-09-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Effect of Shape and Friction on the Packing and Flow of Granular Materials
采用离散元模拟方法研究了非球面摩擦颗粒的堆积和流动。粒子是超级球，形状为$|x|^{s}+|y|^{s}+|z|^{s} = 1$，从球形（$s=2$）到立方体（$s=\infty$）不等，用双球模型构造。无论是包装分数，$ϕ$，和配位数，$z$，单调减少与微观摩擦$μ$，对于所有的形状。然而，这种减少是更大的$s$由于减少的摩擦增加的面-面接触的分数更显着。对于流动的颗粒，动态摩擦$\tildeμ$ -剪切应力与法向应力之比-取决于形状、微观摩擦和惯性数$I.$。对于所有形状，$\tildeμ$从其准静态值$\tildeμ_0$增长为$(\tildeμ-\tildeμ_0) = dI^α,$，对于有摩擦和无摩擦形状具有不同的普遍行为。对于无摩擦形状，指数$α\approx 0.5$和前因子$d \approx 5\tildeμ_0$，而对于摩擦形状$α\approx 1$和$d$仅略有变化。计算结果表明，所得到的流动指数具有普适性，且对所有形状都是一致的。
2018-10-31 cond-mat.soft
Simulations of driven overdamped frictionless hard spheres
本文介绍了一种事件驱动的模拟方案，用于模拟无摩擦硬球在外力作用下的过阻尼动力学，忽略了流体动力学相互作用。我们的事件驱动的方法是基于一个精确的运动方程，它涉及到驱动力的产生的速度，通过几何信息表征底层网络之间的硬球接触。我们的方法允许一个强大的提取的瞬时协调的颗粒以及接触力的统计和动态，在任何选定的驱动力，除了剪切流和压缩。它也可用于在剪切、压缩或两者的作用下产生高精度的堵塞填料。我们提出了一些额外的应用程序，我们的方法。
2013-01-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Shear-Driven Flow of Athermal, Frictionless, Spherocylinder Suspensions in Two Dimensions: Particle Rotations and Orientational Ordering
我们使用数值模拟来研究一个双分散的混合物的无热，无摩擦，软芯的二维spherocylinders驱动的均匀稳态简单剪切施加在一个固定的体积和一个固定的有限应变率$\dotγ$。能量耗散是通过相对于均匀剪切的主体流体的粘性阻力，给出了具有牛顿流变学的非布朗悬浮液中的流动的简单模型。考虑到一系列的包装分数$ϕ$和颗粒非球面度$α$在小$\dotγ$，我们研究了角旋转$\dotθ_i$和剪切流诱导的颗粒的取向有序$\mathbf{S}_2$，发现一个非单调的行为作为包装$ϕ$是不同的。我们解释这种非单调的行为作为一个交叉从一个小的$ϕ$区域发生单粒子的行为，到一个大的$ϕ$区域的几何形状的密集包装占主导地位，减少自由体积抑制运动，和一个随机的泊松过程的粒子旋转的结果。我们还认为，有限的剪切有序$\mathbf{S}_2$是作为一个有序场的结果，而不是粒子之间的长程合作行为的结果。我们得出这些结论的考虑（i）的分布的等待时间的粒子旋转的$π$，（ii）的行为下的纯，简单的，剪切，（iii）松弛的序参量$\mathbf{S}_2$扰动远离稳态时，（iv）通过构建一个数值平均场模型的粒子的旋转运动。我们的结果也有助于解释观察到的奇异行为时，采取的$α\to 0$极限接近圆盘。
2020-03-09 cond-mat.soft
Contact nonlinearities and linear response in jammed particulate packings
无摩擦的无热颗粒的填料，只有当它们重叠时才相互作用，作为填料密度的函数经历堵塞过渡。这种填料为干扰理论提供了基础。这个理论基于这样的观察：尽管存在大量无序构型，但对线性有序的机械响应仅取决于到跃迁的距离。我们调查的有效性和实用性，这样的测量调用谐波近似，并表明，尽管粒子进出接触，有一个定义良好的线性制度的热力学极限。
2014-12-31 cond-mat.soft
Variable-cell method for stress-controlled jamming of athermal, frictionless grains
提出了一种新的方法来模拟多面体晶粒在受控应力下的堵塞，该方法通过包含晶粒的周期单元的度量张量来引入全局自由度。在静水/各向同性应力和非热条件下的堵塞导致在零剪切应力下的理想堵塞点的精确定义。流体静力学堵塞的四面体的结构表现出较少的平移顺序和较低的堵塞点密度比以前描述的“最大随机堵塞”硬四面体。在相同的条件下，立方体堵塞的程度可以忽略不计。八面体对称的颗粒在大系统极限中堵塞，在缺乏有序的情况下具有丰富的面-面接触。对于足够大的面-面接触数，形成跨越整个模拟盒的重叠簇。流体静力学堵塞的四面体和立方体的剪切应力扰动的响应也证明了与可变的细胞方法。
2014-02-22 cond-mat.soft
Discontinuous rigidity transition associated with shear jamming in granular simulations
我们调查的刚性过渡与剪切堵塞在无摩擦，以及摩擦，磁盘填料在准静态制度和低剪切速率。对于无摩擦圆盘，在准静态剪切作用下的过渡是不连续的，在阻塞过渡处瞬时出现一个跨越刚性团簇的系统。对于摩擦系统，过渡似乎连续有限的剪切速率，但变得尖锐的较低的剪切速率。在准静态极限，它是不连续的，在无摩擦的情况下。因此，我们的研究结果表明，与剪切堵塞的刚性过渡是不连续的，在过去的各向同性堵塞的无摩擦颗粒，因此，在一般的堵塞过渡的统一功能证明。
2023-01-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Athermal jamming of soft frictionless Platonic solids
利用力学为基础的结构优化方法，探讨了无摩擦柏拉图固体组件的卡阻现象。这些规则凸多面体的系统表现出机械稳定的相，其密度基本上小于给定形状的最佳值，这表明热运动对于获得高密度相是必要的。我们确认，大系统的干扰阈值的$0.623 \pm 0.003$四面体是一致的四面体骰子上的实验。此外，在实验中观察到的包装四面体的极短范围的平移相关确认在这里，与热模拟玻璃。虽然观察到高度有序的相形成少量的立方体和十二面体，短的相关长度尺度抑制在大系统中的顺序，导致包装机械上与“取向无序”的接触（点面和边边接触）。温和的有序观察到大型系统的立方体，而其余形状的角度相关性是超短程的。能量与干扰阈值距离的幂律标度指数表现出对“最高阶”干扰接触拓扑结构的明显依赖。这些标称指数分别为6、4和2，用于具有平行点-面（或边缘-边缘）、边缘-面和面-面接触的配置。这些柏拉图固体表现出实体的行为，与平均堵塞接触数之间的均衡值的球体和不对称的颗粒。这些形状违反均衡猜想，显示接触数随球度单调减少。对偶多面体的共同对称性导致局部平移结构相似性。(Note由于篇幅限制，摘要有所删节）
2010-11-18 cond-mat.soft math-ph math.MP
Shear flow of non-Brownian rod-sphere mixtures near jamming
本文利用离散元方法研究非布朗棒-球混合物在致密堆积下的剪切流变，发现堵塞点随棒长径比非单调变化，短棒降低黏度而长棒升高黏度，并从堆积与排除体积角度给出机制解释。
2024-05-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Effect of Collisional Elasticity on the Bagnold Rheology of Sheared Frictionless Two Dimensional Disks
我们进行恒定体积模拟的稳态，剪切驱动流在一个简单的模型中的无热，双分散，软核，无摩擦的磁盘在两个维度上，使用的耗散法，引起Bagnoldian流变学。专注于小应变速率限制，我们映射出的流变行为作为一个功能的颗粒包装分数$ϕ$和参数$Q$，测量二进制粒子碰撞的弹性。我们发现一个$Q^*(ϕ)$，标志着明确的交叉，从一个区域的特点强非弹性碰撞，$Q<Q^*$，到一个区域的特点弱非弹性碰撞，$Q>Q^*$，并给出证据，$Q^*(ϕ)$发散为$ϕ\toϕ_J$，剪切驱动的干扰过渡。因此，我们得出结论，在任何值的$Q$的干扰过渡行为一样的强非弹性的情况下，提供一个是足够接近$ϕ_J$。我们进一步描述了强非弹性与弱非弹性区域中碰撞的不同性质，并将我们的结果改写为硬颗粒物质讨论中常用的组成方程形式。
2017-02-19 cond-mat.soft
Crystalline Assemblies and Densest Packings of a Family of Truncated Tetrahedra and the Role of Directional Entropic Forces
多面体和它们的排列方式从古希腊时代起就引起了人类的兴趣，并且是今天凝聚态物质的重要图案，适用于许多种类的液体和固体。然而，人们对多面体形状的构建块（如多面纳米颗粒和胶体）的结晶稳定相知之甚少。虽然已知硬颗粒仅由于熵而组织，并且在文献中报道了一些不寻常的相，但与多面体形状有关的熵力的作用还没有得到很好的理解。在这里，我们研究了一个家庭的截断四面体的热力学自组装，并报告了几个原子晶体的同构，包括金刚石，β-锡，高压锂，多面体形状从四面体到八面体变化。我们比较我们的研究结果与密度填充的截断四面体家庭通过数值压缩和报告一个新的空间填充多面体，这在以前的搜索中被忽视。有趣的是，自组装结构不同于密排填料。我们发现，自组装晶体结构可以理解为多面体的趋势，以最大限度地提高面对面的对齐，这可以概括为定向熵力。
2011-12-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Critical Scaling of Compression-Driven Jamming of Athermal Frictionless Spheres in Suspension
我们研究数值系统的无热，过阻尼，无摩擦的领域，在非布朗悬浮，在二维和三维。以固定的压缩率$\dotε$各向同性压缩系统，我们研究了在干扰过渡的临界行为。有限的压缩率引入了一个控制时间尺度，它允许人们探测与干扰相关的临界时间尺度。正如以前发现的稳态剪切驱动的堵塞，我们发现压缩驱动的堵塞，压力服从一个关键的缩放关系作为包装分数$ϕ$和压缩率$\dotε$的函数，并且体积粘度$p/\dotε$发散堵塞。缩放分析确定与压缩驱动的干扰转变相关联的临界指数。我们的研究结果表明，应力各向同性，压缩驱动，堵塞可能是在相同的普遍性类应力各向异性，剪切驱动，堵塞。
2021-04-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
From Crystals to Disordered Crystals: A Hidden Order-Disorder Transition
我们发现了一个有序无序过渡从晶体到无序晶体的静态包装的无摩擦球。虽然几何指标大多是盲目的过渡，无序晶体已经表现出除了晶体的性质。过渡接近硬球的紧密堆积，从而导致紧密堆积点的奇异性。我们的证据表明，无序晶体的过渡和属性是共同决定的结构顺序和密度。在过渡附近，无序晶体的弹性模量和配位数显示出与晶体和堵塞固体不同的特定压力依赖性。
2015-06-23 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
Direct determination of the size of basins of attraction of jammed solids
我们提出了一种基于自由能的Monte-Carlo方法来测量位形空间中势能盆的体积。使用这种方法，我们可以估计不同的势能最小值的数量，即使这个数量太大而无法直接采样。我们验证我们的方法，通过比较我们的结果与直接枚举的不同的堵塞状态的小包装的无摩擦球。我们发现，不同的包装的熵是广泛的，不同的硬球包装的熵必须有一个最大值作为包装分数的函数。
2011-06-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Elasticity of soft particles and colloids near Random Close Packing
纯粹排斥和无摩擦的颗粒，如乳液或硬球，显示非常奇怪的性能附近的堵塞过渡，这发生在随机紧密堆积的单分散球。虽然这样的体系不包含表征橡胶的长的和交联的聚合物链，但是它们以类似的方式宏观地表现：剪切模量$G$可以变得比体积模量$B$无限小。在回顾了最近的理论结果的结构，这种包装（特别是他们的协调），我将提出一个解释所观察到的缩放的弹性模量，并解释为什么参数都适用于软和硬颗粒。
2009-07-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Non-Universality of Density and Disorder in Jammed Sphere Packings
我们首次表明，集体堵塞无序包装的三维单分散无摩擦硬球可以生产和调整使用一种新的数值协议与包装密度$ϕ$低至0.6。这远低于与最大随机堵塞状态相关的0.64的值，并且与定义不清的“随机松散堆积”状态密度完全无关。具体地，在具有可变无序的宽密度范围$ϕ\in [0.6,~0.74048\ldots]$上，产生具有以任何密度$ϕ$为中心的非常窄的分布的共同堵塞的填料。我们的研究结果支持这样的观点，即没有一个通用的干扰点是可区分的包装密度和发生频率的基础上。我们的堵塞包装映射到一个密度阶度量平面，这提供了一个更广泛的表征包装比密度。对填料的其他特性，如对关联函数、平均接触数和振子分数进行了定量分析和讨论。
2011-01-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Jammed packings of 3D superellipsoids with tunable packing fraction, contact number, and ordering
本文对三维空间中无摩擦超椭球粒子的静态堆积进行了数值研究。我们认为超过$200$不同的颗粒形状，通过改变三个形状参数，定义超椭球。我们的结构和机械性能的无序和有序包装使用两个包装生成协议的特点。我们进行无热准静态压缩模拟从随机，稀配置（协议1）或热化，密集的配置（协议$2$），这使我们能够调整的包装的取向顺序。一般情况下，我们发现超椭球填料在堵塞开始时的接触数是hypostatic，与$z_J < z_{\rm iso}$，其中$z_{\rm iso} = 2d_f$和$d_f = 5$或$6$取决于颗粒是否是轴对称的。在整个范围内的取向顺序，我们发现，四次模式的填充的动力学矩阵的数量总是匹配的数量丢失的接触相对于均衡值。这一结果表明，有没有机械冗余的接触有序，但hypostatic包装的超椭球体颗粒。此外，我们发现，在堵塞的超椭球体颗粒的无序包装开始的包装分数可以使用两个颗粒形状参数，例如，非球面性$\mathcal{A}$和减少纵横比$β$的颗粒崩溃。
2019-09-26 cond-mat.soft
Aspects of Jamming in Two-Dimensional Frictionless Systems
在这项工作中，我们提供了一个概述的干扰过渡在二维系统中的无摩擦粒子相互作用的限制，在没有热涨落的情况下集中。我们首先讨论干扰系统与短程排斥相互作用，干扰发生在一个临界堆积密度，并在某些数量显示出发散指示的临界行为。我们描述了如何方面的动态变化的干扰密度接近，以及如何使用外部驱动的探头可以探索这些动态。不同的颗粒形状可以产生干扰密度远低于观察到的盘形颗粒，我们展示了干扰如何表现出脆弱性的一些形状，而对于其他形状，这是缺席。接下来，我们描述了长程相互作用和干扰行为的影响，如带电胶体，第二类超导体中的涡旋和位错系统。我们认为，增加障碍物的无摩擦干扰系统的影响，并讨论这种类型的干扰和系统表现出脱钉过渡之间的连接。最后，我们讨论了开放的问题，如是否在所有这些不同的系统中的干扰过渡可以描述相同的或一个小的子集的普遍行为，以及未来的研究方向，在二维系统中的干扰过渡，如干扰自驱动或活性物质系统。
2013-12-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Response of a Hexagonal Granular Packing under a Localized External Force
我们研究了刚性，无摩擦球形颗粒的二维六角形包装的响应，由于一个垂直向下的点力在一个单一的粮食在顶层。我们使用统计方法，其中接触力的每种配置的可能性相等。我们证明了这个问题等价于一个相关的$q$模型。我们发现，该响应显示两个峰值正好位于从力的施加点发出的向下晶格方向上。随着深度的增加，峰值的幅度减小，并且形成中心峰值。在这一堆的底部，只有中间的山峰还在。不同系统尺寸的响应具有自相似性。
2005-04-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Universality of stress-anisotropic and stress-isotropic jamming of frictionless spheres in three dimensions: Uniaxial vs isotropic compression
我们数值研究了三维系统的无热，过阻尼，无摩擦球，使用一个简化的非布朗悬浮模型。我们计算的体积粘度下的单轴和各向同性压缩作为一种手段来解决的问题，是否应力各向异性和应力各向同性干扰是在同一个关键的普遍性类。进行临界尺度分析的系统压力$p$，剪切应力$σ$，和宏观摩擦$μ=σ/p$，作为功能的颗粒包装分数$ϕ$和压缩率$\dotε$，我们发现所有的关键参数比较各向同性和各向异性的情况下，很好的协议。特别地，我们确定当从下面接近堵塞时，体积粘度发散为$p/\dotε\sim (ϕ_J-ϕ)^{-β}$，具有$β=3.36\pm 0.09$。我们进一步证明，每个粒子的平均接触数$Z$也可以写在一个缩放形式的$ϕ$和$\dotε$的函数。再次，我们发现单轴和各向同性的情况下，很好的协议。我们将我们的结果与先前的模拟和理论预测进行比较。
2022-03-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Role of friction in multidefect ordering
我们使用连续模拟研究摩擦的影响，在一个积极的缺陷排序。即使在无摩擦系统中，+1/2缺陷也倾向于并排排列并反向平行，这反映了它们形成流动涡流并随其循环的倾向。增加摩擦增强了缺陷-缺陷相互作用的有效性，并且缺陷形成动态演变的、大规模的、位置和取向有序的结构，这可以解释为由-1/2缺陷优选的六边形堆积与由+1/2缺陷优选的矩形堆积之间的竞争。
2020-11-23 cond-mat.soft
Confinement controls the creep rate in soft granular packings
本研究针对软颗粒堆积体蠕变行为的调控问题，通过对水凝胶球堆积体施加全局约束应力的落球实验，发现两种蠕变机制并可通过重标统一，证明外载可精细调控软材料体相蠕变。
2024-04-08 cond-mat.soft
Testing Adam-Gibbs relationship in tapped Granular Packings
本研究利用 X 射线断层扫描测量不同摩擦单分散颗粒球在压实过程中的 Edwards 热力学参数与弛豫时间，证明颗粒系统总体遵循 Adam-Gibbs 关系。
2024-09-08 cond-mat.soft
