Comparison of Shear and Compression Jammed Packings of Frictional Disks
我们比较的结构和机械性能的机械稳定（MS）填料的摩擦盘在两个空间维度（2D）产生的各向同性压缩和简单的剪切协议从离散元建模（DEM）模拟。我们发现，平均接触数和包装分数在堵塞发作是相似的（相对偏差$< 0.5\%$）MS填料通过压缩和剪切产生的。与此相反，平均应力各向异性$\langle {\hat Σ}_{xy} \rangle = 0$的MS填料产生通过各向同性压缩，而$\langle {\hat Σ}_{xy} \rangle >0$的MS填料产生通过简单的剪切。为了研究MS填料的应力状态的差异，我们开发了填料生成协议，首先解开MS填料，去除摩擦接触，然后重新堵塞它们。使用这些协议，我们能够获得几乎相同的颗粒的位置和应力各向异性分布相比，原来的堵塞填料重新堵塞填料。然而，我们发现，当我们直接比较的原始堵塞和重新堵塞的填料，有有限的应力各向异性偏差$Δ{\hat Σ}_{xy}$。的偏差是小于通过枚举的零空间内的接触网络通过DEM模拟产生的力的解决方案所获得的应力各向异性波动。这些结果强调，即使压缩和剪切堵塞协议生成具有相同接触网络的填料，在每个接触处的法向力和切向力可能存在残余差异，因此应力各向异性存在差异。
2019-06-02 cond-mat.soft
Jamming of frictional spheres and random loose packing
利用计算机模拟研究了摩擦系数$μ$对无序颗粒填料堵塞性能的影响。压缩，软球填料被带到堵塞过渡-填料失去机械稳定性的点-通过减少包装分数。堵塞过渡处的堆积分数的值$ϕ^μ_{c}$从零摩擦的随机紧密堆积点逐渐减小到与随机松散堆积一致的值，因为摩擦系数增加了几个数量级。这伴随着在阻塞转变处的配位数$z^μ_{c}$的减少，其随着摩擦的增加从大约6变化到4。普遍的幂律缩放观察到的压力和协调数作为距离的函数，从广义的，摩擦相关的干扰点。还报告了$ϕ^μ_{\rm c}$、$z^μ_{\rm c}$和$μ$之间的各种幂律。还研究了填料制备历史的依赖性。
2011-07-29 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
Sponge-like rigid structures in frictional granular packings
我们展示了如何刚性出现在剪切摩擦颗粒材料的实验中使用的两种方法识别刚性结构的推广。这两种方法，基于力的动态矩阵和基于拓扑的刚性渗流，同意彼此和识别类似的刚性结构。当系统堵塞时，在接触数为$z=2.4\pm 0.1$时，出现了一个刚性骨架，其中散布着各种尺寸的松软颗粒填充孔，形成了海绵状形态。我们还发现，刚性结构内的压力总是超过刚性结构外的压力，即骨干是承重的。这些研究结果表明，有必要超越平均场论，捕捉物理的摩擦堵塞，也表明，机械稳定性产生通过拱形结构和铰链在中尺度。
2020-05-31 cond-mat.soft
Jammed frictional tetrahedra are hyperstatic
我们准备填充摩擦四面体的体积分数从0.469到0.622范围内使用三种不同的实验方案在等压条件下。通过X射线显微断层摄影术的分析表明，接触数Z随着温度的增加而增加，但确实取决于制备方案。虽然四面体填料中存在四种不同类型的接触，但我们的分析表明，边-面接触贡献了总Z增加量的50%左右。每个粒子C的约束数也随自由度的增加而增加，甚至松散堆积也是强超静定的，即机械超定的，其中C大约是每个粒子所拥有的自由度的两倍。
2013-06-20 cond-mat.soft
Hyperstaticity and loops in frictional granular packings
用代数方法和数值模拟方法分析了理想刚性圆盘颗粒堆积的超静定性质。颗粒的基本环成为解决超静定性的基本元素。由奇数个颗粒组成的环与由偶数个颗粒组成的环的行为不同。对于奇数圈，潜在应力是外部的，其特征在于每个圈周围的摩擦力之和。对于偶数环，潜在应力是内部的，其特征在于每个环周围的摩擦力的交替总和。这两种类型的回路和的统计被发现是吉布斯的“温度”是线性的摩擦系数μ时，μ <1。
2009-06-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Onset of mechanical stability in random packings of frictional spheres
使用沉降，以获得精确控制的包装的非粘性球，我们发现，体积分数$ϕ_{\rm RLP}$的loophilic机械稳定的包装是在一个操作的意义上，以及由一个极限过程定义。该随机松散堆积体积分数随着压力$p$的降低和颗粒间摩擦系数$μ$的增加而降低。使用X射线层析成像来校正取决于颗粒尺寸的容器边界效应，我们发现在极限$p \to 0$中的粗糙颗粒的一个新的下限，$ϕ_{\rm RLP} = 0.550 \pm 0.001$。
2008-07-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Extent of force indeterminacy in packings of frictional rigid disks
采用离散元模拟方法研究了摩擦刚性颗粒的静态填充问题。我们探讨了一个给定的包装结构的空间中的接触力允许力实现的合奏。我们用不同的方法来估计力的不确定度。的不确定性表现出非单调依赖于颗粒间的摩擦系数。我们直接验证，较大的力的不确定性是伴随着一个更强大的行为对局部扰动。我们还研究了个别接触力的局部不确定性。局部不确定性的概率分布根据摩擦力改变其形状。我们发现，当地的不确定性往往是较大的力链的中间摩擦。这种相关性在大摩擦极限中消失。
2011-04-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Shearing of frictional sphere packings
我们测量玻璃珠填料的剪切响应，通过将薄的、粗糙的金属板垂直地拉过体积分数为φ的床，该体积分数在板被拉之前被设置在0.575至0.628的范围内。屈服应力在40年内与速度无关，并随φ呈指数增加，在φ约0.595处发生转变。测得的力的波动的分析表明，剪切模量是显着小于体积模量。
2011-04-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
From yielding to shear jamming in a cohesive frictional suspension
模拟被用来研究稳定的剪切流变学的摩擦颗粒表现出不连续的剪切增稠和剪切堵塞，在有限范围内的凝聚力的相互作用导致的屈服应力的稠密悬浮液。我们开发了一个本构模型，结合屈服行为和剪切变稀在低应力下的摩擦剪切增稠在高应力下，在很好的模拟结果。这项工作表明，在屈服应力以下的固体和在剪切堵塞状态下的固体之间存在明显的差异，因为这两者发生在广泛分离的应力水平下，由材料可流动的应力区域分离。
2018-09-17 cond-mat.soft
Linear stability and viscoelastic response in weakly jammed frictional granular systems
Toyota Central R&D Labs., Inc.（丰田中央研究所有限公司）
本研究针对含接触摩擦的颗粒系统，用离散元法模拟摩擦球静态堆积物，解决游离颗粒识别问题并分析能量矩阵谱，发现谱的中高频区与摩擦系数、堆积分数无关。
2026-09-01 cond-mat.soft
Rheological Chaos of Frictional Grains
摩擦颗粒的二维稠密流体表现出时间混沌，空间非均匀流的范围内的应力值，$σ$，选择在不稳定区域的s形流动曲线。应力控制模拟揭示了小应力和大应力$σ$的重入稳定流相图。在两者之间，不能达到稳定的流动状态，相反，系统堵塞或显示时间依赖的非均匀应变速率$\dotγ({\bf r},t)$。模拟结果与一个简单的流体动力学模型的稳定性分析，耦合应力和微观结构，我们尝试与摩擦接触网络。
2016-03-02 cond-mat.soft
S-Shaped Flow Curves of Shear Thickening Suspensions: Direct Observation of Frictional Rheology
研究了简单球形颗粒浓悬浮液的流变行为。在受控应力下，该系统表现出S形流动曲线（应力与剪切速率），在低粘度牛顿制度和剪切增稠制度之间具有负斜率。在控制剪切速率下，观察到两种状态之间的不连续转变。用一种新的荧光探针进行的应力可视化实验表明，摩擦是剪切增稠的起源。应力可视化显示，如果施加介于高应力分支和低应力分支之间的应力，则系统中的应力保持均匀（无剪切带）。S形剪切增稠则是由于在增加应力时颗粒之间摩擦力网络的不连续形成。
2015-06-03 cond-mat.soft
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
Granular packing simulation protocols: tap, press and relax
本研究采用离散元建模模拟，在三维周期性边界下比较了体积控制与多种应力控制的颗粒堆积协议，揭示了体积分数对压力、动能及协议参数的依赖性，并展示了低压堆积的异常行为。
2023-10-24 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
Flow-Arrest Transitions in Frictional Granular Matter
采用恒应力离散元模拟方法研究了摩擦颗粒物质剪切流动与剪切停止状态之间的转变。通过使摩擦颗粒的稀体系经受恒定的外部剪切应力和压力，摩擦依赖的临界剪切应力和密度被清楚地识别，两者都表现出低摩擦和高摩擦之间的交叉。临界剪切应力分叉两个非平衡稳态：（i）稳定状态的剪切流的特征在于一个恒定的变形速率，和（ii）剪切制动的特征在于时间衰减蠕变到一个静态稳定状态。在临界剪切应力以下的时间$t_{c}$发生制动，该时间表现出重尾分布，其均值和方差在临界剪切应力下以幂律发散，具有摩擦依赖指数，该指数也表现出低摩擦和高摩擦之间的交叉。这些观察结果表明，临界剪切应力附近的颗粒逮捕是高度不可预测的，并强烈影响颗粒间摩擦。
2019-01-30 cond-mat.soft
Effects of stretching on the frictional stress of rubber
在本文中，我们报告的新的实验结果的影响，在平面内表面拉伸的聚二甲基硅氧烷（PDMS）橡胶的摩擦与光滑的刚性探针。在稳态滑动下的PDMS基板的表面处测量摩擦引起的位移场。然后，相应的接触压力和摩擦应力分布的反演过程中确定。使用这种方法，我们表明，局部摩擦应力$τ$是成比例的局部拉伸比$λ$在橡胶表面。使用三角形平冲头的其他数据表明，$τ(λ)$关系与接触几何形状无关。从使用预拉伸的PDMS基板的摩擦实验中，还发现摩擦应力的拉伸依赖性是各向同性的，即它不依赖于拉伸和滑动方向之间的角度。这种现象的潜在的物理解释内提供了Sundamach的摩擦模型的框架。虽然目前的实验是处理光滑的接触界面，报告的$τ(λ)$依赖性也是相关的统计粗糙的接触界面的摩擦，而不是占在相关的接触力学模型。
2017-06-01 cond-mat.soft
Granular packings with sliding, rolling and twisting friction
直觉告诉我们，由于摩擦和其他耗散相互作用的存在，滚动或旋转的球体最终会停止。阻止球体的滚动和旋转/扭转扭矩的阻力也通过增加对运动自由度的约束的数量来改变摩擦球体的颗粒堆积的微观结构。我们进行离散元建模模拟，以构建球体填料实施一系列的摩擦约束下的压力控制协议。当颗粒经历高的滑动、滚动和扭转阻力时，可分别在低至0.53和2.5的体积分数和平均配位数下实现机械稳定的填料。只有当颗粒模型包括滚动和扭转摩擦时，才能重现实验体积分数。
2020-07-21 cond-mat.soft
Stress Correlations in Frictional Granular Media
本文研究了在摩擦颗粒填料中，应力自相关矩阵是否象弹性格林函数那样，表现出长程各向异性的贡献。我们发现，在一个标准模型的摩擦颗粒填料，这是不是这种情况。我们证明相当一般的机械平衡和材料各向同性约束的应力自相关矩阵完全由两个空间各向同性的功能：压力和扭矩的自相关性。压力和扭矩波动分别是正常的和超均匀的力量的应力自相关衰减的弹性格林函数。由于我们发现扭矩波动是超均匀的，罪魁祸首是压力，其波动作为系统大小的函数比正常情况下衰减得更慢。研究这些异常的压力波动的原因，我们发现，异常的相关性已经建立在压缩的稀系统堵塞之前。一旦受到干扰，这些相关性就会冻结。对于一般的摩擦物质来说，这是否是真的，或者这是模型性质的结果，这是一个必须等待实验检验和可能的替代模型的问题。
2020-08-29 cond-mat.soft
Local origin of global contact numbers in frictional ellipsoid packings
在颗粒软物质系统中，颗粒的平均接触数$Z$是系统机械性能的重要预测因子。使用X射线断层扫描，我们分析填料的摩擦，扁椭圆体的各种纵横比$α$，在不同的全球体积分数$ϕ_g$准备。我们发现对于所有的$α$，$Z$是$ϕ_g$的单调递增函数.我们证明，这种功能的依赖性可以解释的局部分析，其中每个粒子是由其局部体积分数$ϕ_l$计算从Voronoi镶嵌。$Z$可以表示为对$ϕ_l$的所有值的积分：$Z(ϕ_g, α, X) = \int Z_l (ϕ_l, α, X) \; P(ϕ_l | ϕ_g) \; dϕ_l$。局部联系数函数$ Z_l (ϕ_l, α, X)$仅根据局部定义的变量来描述相关物理，包括可能的高阶项$X$。发现在给定全局填充分数$ϕ_g$的情况下，找到$ϕ_l$的特定值的条件概率$P(ϕ_l | ϕ_g)$独立于$α$和$X$。我们的研究结果表明，摩擦颗粒的局部方法不仅是一个理论上的要求，而且是可行的。
2015-03-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Statistics of the contact network in frictional and frictionless granular packings
对具有不同颗粒摩擦系数μ的模拟颗粒填料进行了考察。计算了颗粒-颗粒和颗粒-壁面法向和切向接触力P（f）的分布，并与现有的实验数据进行了比较。这里，f等于F/F-bar，是由平均值F-bar归一化的接触力F。P（f）在大的力下表现出指数状衰减，在f = 1附近有一个平台/峰值，在小于平均值的力下有额外的特征，这些特征取决于μ。力-力空间分布函数和接触点径向分布函数的计算表明，力之间的相关性仅弱地依赖于摩擦，并且在超过大约三个颗粒直径后迅速衰减。颗粒-颗粒接触角的分布表明，接触网络不是各向同性的，仅弱地依赖于摩擦。高承载力的结构，或力链，不发挥主导作用，在这些三维，卸载填料。
2002-08-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A constitutive model for simple shear of dense frictional suspensions
离散颗粒模拟被用来研究在粘性液体中的致密的，稳定的，摩擦的颗粒悬浮液的剪切流变学，在任意应力下的稳态剪切流的本构模型的发展。当固体体积分数$ϕ$增加到临界体积分数以上时，这些悬浮液经历越来越强的连续剪切增稠（CST），并且对于$ϕ$的范围观察到不连续剪切增稠（DST）。当在受控应力下研究时，DST行为与作为剪切速率的函数的稳态应力的非单调流动曲线相关联。最近的研究已经将剪切增稠与随着应力的增加从主要润滑接触到主要摩擦接触之间的过渡联系起来。在这项研究中，在广泛的无量纲参数$(ϕ,\tildeσ$和$μ)$，与$\tildeσ = σ/σ_0$的无量纲剪切应力和$μ$的颗粒间摩擦系数的行为进行了模拟：尺寸应力是$σ$，和$σ_0 \propto F_0/ a^2$，其中$F_0$是在接触的排斥力的大小和$a$是颗粒半径。这些数据已被用来填充Wyart和Cates [Phys. Rev. Lett. { \bf 112}，098302（2014）]，其基于对于低应力润滑状态在体积分数$ϕ_{\rm J}^0 = ϕ_{\rm rcp}$（随机紧密堆积）处和对于摩擦状态中的任何非零$μ$在$ϕ_{\rm J} (μ) < ϕ_{\rm J}^0$处的两个粘度偏差或\textquotedblleft干扰\textquotedblright \点的概念;概括提供了法向应力响应以及剪切应力。根…
2017-08-18 cond-mat.soft
Interaction network analysis in shear thickening suspensions
当固体填充分数$ϕ$增加到临界体积分数以上时，粘性液体中的致密、稳定、摩擦颗粒悬浮液经历越来越强的连续剪切增稠（CST），并且对于甚至更高的填充分数观察到不连续剪切增稠（DST）。最近的研究表明，随着应力的增加，剪切增稠与从主要润滑接触到主要摩擦接触的转变有关。研究了剪切增稠悬浮液的流变学和摩擦力网络。这些分析使用网络的拓扑结构的措施，包括持久同源性的工具。我们观察到，在低应力的摩擦相互作用网络主要是准线性沿压缩轴。随着应力的增加，力网络变得更加各向同性，除了链状结构之外还形成环。Betti数和总持久性的拓扑测度提供了一种描述摩擦力网络平均性质的紧凑方法，并提供了宏观流变学和微观相互作用之间的关键联系。总持久性措施描述的意义的循环的力量网络结构，作为应力和包装分数的函数，表现出类似的行为，相对粘度和显示的缩放比例的规律附近的干扰分数模拟的两个维度。
2019-03-20 cond-mat.soft
Stress Propagation in Two Dimensional Frictional Granular Matter
的应力分布和晶粒的重新取向，在一个点的力施加到一个预加载的二维颗粒系统，计算的背景下的连续理论，结合纹理的包装。当高摩擦力阻止颗粒间接触处的滑动时，各向异性填料沿着两个峰传播应力，这两个峰合并成一个单峰，因为填料被无序化成较低的各向异性结构;这个单峰可能比各向同性情况下更宽或更窄，这取决于填料的制备。在较低的摩擦，有效的处理滑动接触产生尖锐的峰值，并最终奇异的极限，应力沿直线传播。最近的实验，以及双曲线模型的方面，根据这些结果进行了讨论。
2002-08-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Significance of Elastic Coupling for Stresses and Leakage in Frictional Contacts
研究了法向与面内弹性响应耦合对摩擦接触的影响，发现可压缩性与约束诱导的耦合显著改变最大拉伸应力、摩擦行为及间隙形貌，从而影响材料失效与泄漏，证明其非微小扰动。
2023-10-25 cond-mat.soft
From force distribution to average coordination number in frictional granular matter
本文研究了堵塞颗粒介质中法向和切向摩擦力的联合概率分布$P_μ(f_t, f_n)$，特别是当$μ= \infty$ .一个普遍的比例定律被发现折叠的数据$μ=0$ $\infty$证明力分布$P_μ(f_t, f_n)$和平均配位数，$z^μ_c$之间的联系。结果确定了有限摩擦系数下的$z_c^μ$，将等静压颗粒填料的约束计数论证推广到有限摩擦填料。
2008-08-20 cond-mat.dis-nn 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
Surface pressure and shear stress field within a frictional contact on rubber
本文讨论的问题的摩擦应力分布的测定从反演的测量表面位移场之间的滑动界面的玻璃透镜和橡胶（聚（二甲基硅氧烷））基板。实验结果表明，高的横向应变实现在周边的滑动接触。因此，位移场的精确反演需要考虑橡胶基底的有限应变和非线性响应。为此，有限元（FE）反演程序的实施，其中所测量的位移场被施加作为一个边界条件在一个网格体的上表面表示的橡胶基板。如果在接触边缘处假设非发散值，则正常压力也通过相同的方式确定。该程序适用于线性滑动接触以及扭转接触。
2017-01-27 cond-mat.soft
A Master equation for force distributions in polydisperse frictional particles
引入了一个增量演化方程，即统计力学中的主方程，用于描述多分散摩擦颗粒填料中的力分布。作为Master方程的基本成分，粒子重叠的条件概率分布由分子动力学模拟确定。有趣的是，尾部的分布变得更窄的情况下，摩擦粒子比无摩擦粒子，这意味着重叠的相关性强烈减少微观摩擦。比较不同的粒径分布，我们发现分布越宽，尾部越宽。
2015-05-28 cond-mat.soft
Critical behaviors of jamming in cyclically sheared frictional hard granular particles
与无摩擦硬球填料（如果是二维的，则是硬盘）的堵塞形成鲜明对比的是，摩擦填料的临界堵塞更加难以捉摸，并且仍然处于激烈的争论之中。在这里，我们表明，摩擦硬盘包装自组织的临界堵塞状态附近时，受到准静态稳态循环剪切，显示粒子速度场的无标度波动，其特征在于由功率谱$E(k)\propto k^{-α}$的纵向和横向模式在波矢量空间，与$α\approx2.0\pm0.15$，和近平坦的频谱$E(ω)\propto const.$在角频域。我们的研究结果与S. Henkes等提出了两种不同的长度尺度，分别对应于纵向和横向模式，显示了干扰的临界行为。此外，我们的研究结果是一致的一般均衡的概念框架，但与一个关键的区别，系统自组织的一个关键的干扰状态，通过强耦合的机械结构和动力学。我们的研究结果对于提供理解非局部流变学的微观机制以及建立真实颗粒材料本构关系的指导原则具有重要意义。
2021-10-14 cond-mat.soft
A microscopic theory for discontinuous shear thickening of frictional granular materials
本文推广了无摩擦颗粒材料流变学的一个新理论[K. Suzuki和H. Hayakawa，Phys. Rev. Lett. 2015，115，098001]的情况下，摩擦盘在两个维度上。采用分子动力学模拟的摩擦接触模型，从广义Green-Kubo公式出发，推导出剪切应力、颗粒温度和自旋温度的差分方程，其中所有项均由微观表达式给出.差分方程的数值解不仅描述了流动曲线，而且再现了剪切应力的滞后，这可以是摩擦盘的不连续剪切增厚的签名。
2017-03-07 cond-mat.soft
A Discrete Packing Model of Granular Material Confined in A Vertical Column
分析了颗粒间力的传递规律，提出了一种离散堆积模型来计算竖直圆柱体中颗粒底部的静压。力学分析和数值模拟结果表明，筒仓效应是由边界颗粒与内壁的摩擦接触引起的，筒仓底部的静压最初取决于外载荷，然后以指数形式趋于饱和压力Pn。在颗粒物质和堆积方式相同的情况下，饱和压力（Pn）与容器半径（R）呈线性正相关。饱和压力（Pn）与颗粒粒径（ra）成正比，其增减特性取决于颗粒内壁摩擦特性、颗粒间摩擦力和颗粒堆积角。最后，上述模型的预测与文献中的实验结果进行了比较，取得了良好的一致性。
2017-12-06 cond-mat.soft
A Linear Time-Variant Rheological Model for Frictional Aging, Stress Relaxation, and Creep
School of Computing and Data Sciences FLAME University（FLAME大学计算与数据科学学院）
本文提出了一种线性时变流变模型，能够统一描述材料的老化、松弛和蠕变现象，无需引入分布松弛时间或非线性本构定律。
2026-07-22 cond-mat.soft
Torque Hyperuniformity in Frictional Granular Matter - Theory and Experiments
Hangzhou International Innovation Institute, Beihang University（北京航空航天大学杭州创新研究院）；School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学物理与天文学院）；Institute of Natural Sciences, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学自然科学研究院）；Sino-Europe Complex Science Center, School of Mathematics, North University of China（中意复杂科学中心，中北大学数学系）；Department of Chemical Physics, the Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所化学物理系）
本文研究了摩擦颗粒物质中应力自相关和扭矩波动的超均匀性，通过实验验证了理论预测在二维系统和各向同性负载下的适用性。
2026-03-09 cond-mat.soft
Shear jamming transition in alternating shear rotation for frictional and frictionless suspensions
本文通过数值模拟研究摩擦与无摩擦悬浮液的交替剪切旋转，揭示角度对阻塞点、接触与流体动力学应力及微观结构的不同影响。
2025-03-16 cond-mat.soft
Experimental Confirmation of Hyperuniformity of torque fluctuations in Frictional Matter
本文首次通过实验证实摩擦颗粒堆积中力矩涨落具有超均匀性，并证明d维球体内力矩涨落方差按R^{d-1}增长，为应力自相关按弹性格林函数衰减提供了实验依据。
2025-08-19 cond-mat.soft
Numerical Study of the Stress Response of Two-Dimensional Dense Granular Packings
为了区分颗粒材料中应力传递的不同理论，我们研究了颗粒二维密集随机堆积的格林函数。我们的计算机模拟允许一个详细的定量调查的动态，这是很难获得实验。我们发现，双曲线和抛物线模型的应力传输未能预测正确的应力分布在研究区域的参数空间。我们表明，压缩和剪切分量的应力比较很好的预测的各向同性弹性的压力和孔隙度范围很广，摩擦和无摩擦填料。然而，本研究中使用的状态不包括摩擦颗粒的临界均衡点，因此我们的结果并不排除这样一个事实，即弹性修正可能出现在堵塞的临界点，或其他样品制备方案，如正文中所讨论的。我们表明，该协议持有在大部分的包装，以及在边界，我们验证的线性依赖的应力分布宽度与深度。
2006-08-03 cond-mat.soft
Isostaticity at Frictional Jamming
无摩擦球形颗粒的非晶填料在堵塞开始时是等静压的，约束（接触）的数量等于自由度的数量。它们的结构和力学性能由颗粒间的接触网络控制。相比之下，摩擦颗粒的无定形填料在堵塞开始时通常是超静定的。我们进行了广泛的数值模拟，在二维的几何粗糙（GA）模型的静摩擦，进一步研究均衡的作用。在GA模型中，颗粒间的力是通过将接触颗粒上周期性间隔的圆形微凸体之间的纯排斥中心力相加得到的。我们比较的包装分数，接触数，动员分布和振动密度的状态，使用GA模型产生的Cundall-Strack（CS）的方法。我们发现，从GA模型获得的摩擦盘静态填料是机械稳定和均衡的，当我们考虑接触颗粒上的微凸体之间的相互作用。作为静摩擦系数的函数，静态填料的结构和机械性能从无摩擦到摩擦行为的交叉与颗粒间接触类型的变化和GA模型的振动模式密度峰值的消失相一致。这些结果强调了细观尺度特征的模型静摩擦发挥了重要作用，在确定性能的颗粒填料。
2013-05-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Velocity dependence of friction of confined polymers
我们提出了分子动力学摩擦计算的分子长度为20至1400个碳原子的受限烃固体。考虑两种情况：（a）聚合物对硬基板滑动，和（b）聚合物上的聚合物滑动。我们讨论了这两种情况下的摩擦剪应力的速度依赖性。在我们的模拟中，聚合物薄膜非常薄（约为100微米）。3nm），并且固体壁在离聚合物板短距离处连接到恒温器。在这些情况下，我们发现摩擦热效应并不重要，并且聚合物膜中的有效温度总是接近恒温器温度。在第一种设置（a）中，对于分子长度为60至1400个碳原子的烃，剪切应力几乎与分子长度无关，但对于最短的烃C20H42，摩擦剪切应力较低。在所有情况下，摩擦剪应力随滑动速度单调增加。对于聚合物在聚合物上滑动[情况（b）]，摩擦大得多，并且速度依赖性更复杂。对于分子长度为60至140个碳原子的烃，润滑剂单层的数量随着滑动速度的增加（从6层到7层）而（突然）增加，导致摩擦力的降低。分层过渡前后，摩擦剪应力与滑动速度的对数近似成正比。对于最长的碳氢化合物（1400个碳原子）的摩擦没有表现出依赖于滑动速度，和最短的碳氢化合物（20个碳原子）的摩擦剪切应力增加与滑动速度几乎线性。
2009-11-18 cond-mat.soft
Eigenvalue analysis of stress-strain curve of two-dimensional amorphous solids of dispersed frictional grains with finite shear strain
本研究通过Hessian矩阵特征值分析，准确预测了二维摩擦颗粒非晶固体在有限应变下的应力-应变曲线，且发现特征值无应力降前兆。
2023-03-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Numerical Estimation of Frictional Torques with Rate and State Friction
本文对旋转弹性圆盘在不同旋转条件下在硬粗糙表面上的摩擦力矩进行了数值估算。在准静态条件下，采用速率和状态相关摩擦模型，对一维弹簧-质量旋转系统进行了数值求解。它是建立摩擦强度扭矩以及扭矩的稳定动态应力随半径的增加，并发现在周边的盘最大。只有在连接弹簧刚度高的情况下，使用解析解估计的摩擦强度对应的扭矩才与模拟紧密匹配。在稳态松弛模拟中，稳定旋转的圆盘突然停止，并且松弛角速度和相应的摩擦力矩随着稳态角速度和连接弹簧的刚度在速度加强区域中减小。在速度减弱区，应力松弛力矩减小，而松弛速度增大。解释了产生矛盾的原因。
2015-01-20 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
Tangential Forces Govern the Viscous-Inertial Transition in Dense Frictional Suspensions
本文通过粒子分辨模拟研究稠密摩擦悬浮液的黏性-惯性转变，发现转变在斯托克斯数为10时发生且与堆积分数无关，并揭示切向接触力与润滑力共同导致剪切应力转变慢于颗粒压力。
2025-05-07 cond-mat.soft
Discrete element simulations of stress distributions in silos: crossover from two to three dimensions
使用大规模离散元计算机模拟研究了从二维（2D）到三维（3D）颗粒填料的过渡。我们专注于垂直应力分布，并研究它们如何随着维度从2D到3D而变化。我们比较结果的包装在2D，准2D包装之间的平板，和3D包装。这些填料的分析表明，杨森理论并没有完全描述这些填料，特别是在桩的顶部，在那里的流体静力学的垂直应力区域是可见的，在所有情况下。我们发现，填料的内部是远离早期破坏，而在一般情况下，在墙上的力量接近早期破坏。
2003-11-04 cond-mat.soft
Yielding and Strain Stiffening in Entangled Assemblies of Frictional Granular Chains
宏观颗粒链的堆积捕获了分子聚合物系统的一些基本方面，并已被建议作为在分子尺度上理解物理学的范例。然而，在这里，我们证明了颗粒链填料，这在聚合物系统中没有对应的颗粒间摩擦$μ$，导致一个非平凡的屈服和流变响应。基于离散元模拟方法，研究了大振幅振荡剪切作用下颗粒链随机堆积的非线性流变特性。我们发现，最大应力和剪切变形进入材料体的深度是摩擦的非单调函数，极值在$μ$的中间值。我们还表明，相邻的晶粒之间的定期重复的间隙，这是特殊的商业颗粒链，扩大剪切区，并通过促进链之间的联锁事件，提高在系统中的缠结。这些拓扑约束可以显著增加应变刚化的程度。我们的研究结果突出了颗粒链包装和分子聚合物系统的物理之间的差异。
2022-10-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Experiments demonstrate that the null space of the rigidity matrix determines grain motion during vibration-induced compaction
使用以前开发的实验方法，以减少摩擦的机械稳定的磁盘包装，我们发现，摩擦包装形成树形结构的几何家庭，躺在配置空间中的降维流形。树的每个分支开始于配置空间中具有均衡数量的接触的点，并且随着接触数量的减少而扩展到顺序更高维的流形。我们发现，重力沉积磁盘产生一个最初的协调包装稳定摩擦的高维流形。使用短的振动突发，以减少摩擦，我们紧凑的系统，通过许多稳定的配置，接触数增加，维数减少，直到系统达到均衡的无摩擦状态。我们发现，这种进展可以理解为系统通过零空间的刚性矩阵定义的粒子间的接触网络在引力的方向上移动。我们认为，这种形式主义也可以用来解释其他强迫条件下的摩擦填料的演变。
2015-05-27 cond-mat.soft
Particle Shape Effects on the Stress Response of Granular Packings
我们提出了测量的压力响应的填料形成的颗粒形状范围很广。除了球体，这些包括凸形，如柏拉图固体，截头四面体和三角双锥，以及更复杂的非凸几何形状，如具有各种臂长的六足，dolos和四面体框架。所有颗粒都是在硬树脂中3D打印的。在给定的围压下，通过循环加载预处理，建立了定义明确的初始堆积状态。从这样的初始状态开始，针对每种颗粒类型获得了四种不同围压下的轴向压缩应力-应变关系。虽然围压对力学响应的整体影响最大，但我们发现颗粒形状控制着应力-应变曲线的细节，并可用于调整填充刚度和屈服。通过相关的实验测量值的压缩下的有效杨氏模量，屈服应力和循环加载过程中的能量损失，我们确定的各种形状之间的趋势，允许设计一个填料的总行为。
2013-10-15 cond-mat.soft
Three-dimensional compaction of soft granular packings
采用三维非光滑接触动力学模拟方法，分析了由软（弹性）球形颗粒组成的组件在堵塞状态之后的压实行为。粒子的组件的特征在于使用的包装分数，配位数，和冯米塞斯应力分布的粒子内的围压增加的演变。堆积分数增加并趋向于接近$1$的最大值，并且平均配位数作为堆积分数的平方根而增加。随着围压的增加，观察到的过渡从一个粒状材料的剪切应力分布的指数尾巴的连续的材料，其特征在于高斯样分布的剪切应力。我们开发了一个方程，描述了作为所施加的压力的函数的填充分数的演变。这个方程，基于颗粒应力张量的微观力学表达，赫兹接触定律的小变形的限制，以及填充分数和颗粒的协调之间的幂律关系，提供了良好的预测从堵塞点到非常高的密度，而不需要调整任何参数。
2021-08-27 cond-mat.soft
The emergence of crack-like behavior of frictional rupture: The origin of stress drops
摩擦破裂的过程，即摩擦系统的失效，在我们周围的技术和自然世界中比比皆是，从吱吱作响的汽车刹车片到沿着地质断层的地震。理解和解释摩擦断裂的一般框架通常涉及到普通裂纹扩展的类比，对从工程摩擦学到物理学的各个学科都有深远的影响。与裂纹类比的一个重要特征是断裂界面的应力承载能力的降低，即在断裂扩展之前很久就实现的外加应力降低到其后面的残余应力。然而，如何以及在什么条件下出现这种有限的、定义明确的应力降，从基本物理学的角度还没有很好的理解。在这里，我们表明，快速破裂的应力降是直接相关的波辐射从摩擦界面周围的机构和远程散装弹性动力学，而不仅仅是接触界面的物理。此外，我们表明，应力降的出现是一个瞬态效应，在有限系统中的波的传播时间和衰减的长程弹性相互作用的影响。最后，我们补充我们的结果与预测缓慢破裂的快速破裂。所有的理论预测支持现有的实验数据和广泛的计算。我们的研究结果阐明了摩擦破裂中应力降的起源，即它们提供了一个全面和基本的理解，为什么，如何以及在多大程度上摩擦破裂可以被视为一个普通的断裂过程。
2019-11-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.geo-ph
Elasticity of granular packings close to Jamming. Elasticité des empilements granulaires proche de la transition de blocage
我们实验研究的机械响应剪切的2D包装的谷物整个堵塞过渡。首先，我们开发了一个专用的实验装置，连同跟踪和光弹性技术，以准备在一个受控的方式包装和量化的应力和应变张量在晶粒尺度。其次，我们安装一个充气探头（一个2D“气球”），它剪切圆柱对称的包装。我们探测实验应力和应变的应变振幅低至$10^{-3}$和一系列的包装分数内$2\%$变化周围的干扰过渡。我们不仅观察到剪应变引起剪应力，而且还观察到正应力。此外，我们表明，剪切应力和正应力的行为与剪切应变的非线性。最后，我们通过标度分析表明，本构律控制的干扰过渡。
2015-08-11 cond-mat.soft
Fragility and hysteretic creep in frictional granular jamming
在颗粒温度为零的准静态单轴压缩条件下，对二维摩擦双分散圆盘系统中的颗粒堵塞转变进行了实验研究。目前公认的结果表明，堵塞过渡发生在一个关键的包装分数$ϕ_c$。相比之下，我们观察到的第一个压缩循环表现出{ \it脆性} -亚稳态配置与同时堵塞和未堵塞的集群-在一个小的间隔在包装分数（$ϕ_1 < ϕ< ϕ_2$）。脆弱状态将定义$ϕ_c$的两个条件分开，其中压力的指数上升开始于$ϕ_1$，而盘位移的指数下降结束于$ϕ_2$。结果解释通过渗流机制的压力接触，集群的增长表现出很强的空间相关性与磁盘位移。用不同弹性模量$E$和摩擦系数$μ$的几种圆盘材料进行的测量表明，摩擦直接控制脆性状态的开始，但间接控制指数斜率。此外，我们实验证实了最近的预测有关的依赖$ϕ_c$的$μ$。在重复加载（压缩）下，系统在压力方面表现出滞后，并且起始$ϕ_c$随着重复次数缓慢增加。这种摩擦引起的滞后蠕变被解释为颗粒包的演变从一个亚稳态的最终结构稳定的配置。它示出依赖于准静态步长$Δϕ$，它提供了唯一的扰动机制，在实验方案中，和摩擦系数$μ$，其作用是稳定的包。
2012-07-17 cond-mat.soft
The Link Between Packing Morphology and the Distribution of Contact Forces and Stresses in Packings of Highly Non-Convex Particles
颗粒填料上的外部载荷通过颗粒接触的异质网络在内部分布。这种接触力分布决定了颗粒堆积和所得结构的稳定性。在这里，我们调查的高度非凸颗粒在二维（2D）和三维（3D）包装的包装中的接触力分布的均匀性。一种新发展的离散元方法被用来模拟非凸的不同球形颗粒的包装。我们的研究结果表明，在3D包装的正常方向上的接触力的分布变得越来越不均匀，减少颗粒球形。然而，在2D填料的接触力分布是独立的颗粒球形度，表明在2D填料中获得的结果不能很容易地外推到3D填料。径向分布函数（RDFs）表明，在3D包装的结晶度随颗粒球形度降低。我们链接的接触力分布的均匀性下降的结晶度下降的3D填料。这些研究结果是补充之前观察到的接触力分布的不均匀性和由于球形颗粒的多分散性增加而导致的堆积结晶度降低之间的联系。
2020-12-21 cond-mat.soft
Betweenness centrality illuminates intermittent frictional dynamics
致密的颗粒系统受到一个强加的剪切应力进行粘滑动力学与系统的模式膨胀压实。在每个粘附阶段，随着摩擦强度的增加，颗粒系统膨胀以适应剪切应变，形成更强的力网络。在每个滑移事件期间，当储存的能量被释放时，颗粒经历大的重排并且颗粒网络可以显著改变。在这里，我们使用的3D，剪切摩擦填料的数值模拟表明，平均介数中心-一个属性的网络粒子间的连接-遵循一致的模式在粘滑动力学，在每个滑动事件显示尖锐的尖峰。我们确定这种行为的来源所产生的颗粒网络在膨胀-压缩周期的连接和接触安排，并发现，较低的潜在的颗粒之间的连接导致系统中的平均介数中心性的增加。此外，我们发现，在高约束，一些粒子失去接触过程中的滑动事件，导致一个较小的变化，颗粒的连通性和介数中心。
2021-02-03 cond-mat.soft
