Granular bed consolidation, creep and armoring under subcritical fluid flow
我们表明，一个新沉积的颗粒床沉降和蠕变下施加的水动力剪切应力，这是低于推移质输运的临界值，在较长的时间内向前。重排被发现持续超过一个时间尺度，这是数百万倍的流体中的颗粒的沉降时间尺度。压实均匀地发生在整个床，但蠕变观察到随深度呈指数衰减，并随时间而减小。床中的颗粒体积分数被发现增加的grammically，饱和的随机紧密堆积值$ϕ_{rcp} \approx 0.64$，而观察到的表面粗糙度基本上保持不变。我们表明，需要越来越高的剪切应力侵蚀后的床亚临界剪切，这导致其体积分数的增加。因此，我们发现，床装甲发生由于深剪切诱导松弛的床与玻璃化转变相关的体积分数。
2018-05-02 cond-mat.soft
Creep motion of a granular pile induced by thermal cycling
我们报告了一个时间分辨的动态研究与缓慢压实的颗粒列提交热循环。柱高表现出复杂的行为：对于大幅度的温度循环，颗粒柱连续沉降，在每个循环中经历小的沉降;相比之下，对于足够小的幅度，柱表现出不连续和间歇性的活动：连续的塌陷被持续时间呈指数分布的静止期分开。然后，我们讨论了潜在的机制，这将占在有限振幅的压实和过渡。
2008-09-18 cond-mat.soft
Creep motion of an intruder within a granular glass close to jamming
我们调查实验动力学的入侵者拖动一个恒定的力在组装水平振动谷物接近堵塞。在中等填充分数下，一旦施加力，入侵者就会迅速移动。高于一些阈值的填充分数，这增加了所施加的力，入侵者表现出间歇性的蠕变运动与强烈的波动，让人想起一个噼啪作响的噪声信号。这些波动的行为在一个关键的方式在干扰过渡揭示在以前的研究。过渡分离的入侵者的运动是占主导地位的局部自由体积重排的制度，其中的瞬时位移场是强烈的异质性和类似的力链模式中观察到的致密颗粒填料。
2009-06-15 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
A device for studying elementary plasticity fluctuations in granular media
本文介绍了一种研究颗粒介质断裂前塑性涨落的装置，通过双轴试验和相干光干涉测量，证实离散塑性事件仅依赖于应变而非应变速率。
2024-03-14 cond-mat.soft
Creep motion in a granular pile exhibiting steady surface flow
我们研究实验颗粒堆表现出稳定的表面流。在表面流以下，人们一直认为存在一个“冻结”的大块区域，但我们的研究结果表明没有这样的冻结块。我们在这里报告说，即使是在深层的粒子在散装表现出非常缓慢的流动，这种运动可以在任意深度检测。蠕动运动的平均速度随深度呈指数衰减，特征衰减长度近似等于颗粒尺寸，与流速无关。我们所看到的蠕变运动在所有受剪切的颗粒系统中都是可以观察到的。
2000-08-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Athermal granular creep in a quenched sandpile
实验研究了颗粒堆体流动中的蠕变、流动及转变，发现表面流动与体相蠕变在临界惯性数附近转变，且淬火后沙堆仍持续蠕变，为非热颗粒蠕变及土壤变形研究提供新视角。
2024-02-15 cond-mat.soft physics.geo-ph
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
Force and geometric signatures of the creep-to-failure transition in a granular pile
Swarthmore College（斯沃斯莫尔学院）；University of Michigan（密歇根大学）；University of Edinburgh（爱丁堡大学）
研究通过实验探讨颗粒堆中蠕变与破坏的特征，分析力网络和空隙几何结构的变化，揭示蠕变-破坏过渡的力学与几何机制。
2026-05-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The stochastic flow rule: A multi-scale model for granular plasticity
尽管有许多尝试来模拟致密颗粒流，但仍然没有能够描述不同类型的流动的通用理论，例如筒仓中的重力驱动排水和库埃特单元中的壁驱动剪切流。在这里，我们总结了我们最近提出的随机流规则（SFR），这是能够很好地描述这些情况下，与实验一致，我们专注于测试的理论更详细的暴力模拟与离散元方法（DEM）。SFR是一个通用的速率无关的塑性流动的本构关系，基于流化扩散点。在准二维粒状材料的情况下，我们假设从莫尔-库仑塑性极限状态的应力和假定点进行有偏随机行走沿滑移线，驱动局部应力不平衡。我们比较分析预测的SFR对DEM模拟筒仓和Couette细胞，在后者的情况下进行了几个参数的研究，并找到了很好的协议。
2006-11-15 cond-mat.soft
Creep control in soft particle packings
颗粒填料具有广泛的机械特性。这些特征之一是蠕变：在施加应力下的缓慢变形。蠕变对于许多其他无定形材料如许多金属和聚合物是常见的。蠕变的慢动作是具有挑战性的理解，探测和控制。用沉球粘度计对软球填料的蠕变特性进行了研究。我们发现，在我们的颗粒填料，蠕变持续到大应变，并具有幂律形式，扩散动力学。蠕变幅度是指数依赖于所施加的应力和水凝胶的浓度，这表明驱动和约束之间的竞争决定的动态。我们的研究结果提供了深入了解软固体的力学性质和标度律提供了一个明确的基准，新的理论，解释蠕变，并提供了诱人的前景，蠕变可以控制的边界应力。
2022-05-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Role of normal stress in the creep dynamics and failure of a biopolymer gel
我们研究了生物聚合物凝胶在恒定剪切载荷下的延迟破裂，同时动态光散射和流变学测量。我们揭示了凝胶化过程中建立的法向应力的关键作用：所有最终断裂的样品在凝胶化过程中都会自我弱化，正如伴随着微观塑性重排爆发的法向应力的部分松弛所揭示的那样。在施加剪切应力时，弱化的凝胶在其微观动力学中在蠕变状态下表现出独特的特征，其预期高达数千秒的宏观断裂。压裂凝胶中的动力学比非压裂凝胶的动力学快，并且表现出大的时空波动。具有显著塑性的空间局部化区域最终成核，逐渐膨胀，并最终侵入整个样品，引发宏观失效。
2020-12-17 cond-mat.soft
Wrinkles, folds and plasticity in granular rafts
本文研究了在液-流界面上大而致密的颗粒压缩单层的力学响应：颗粒筏。在压缩时，筏首先起皱，然后，随着限制的增加，变形局限于一个独特的褶皱。这种特征屈曲模式通常与浮动弹性板相关，因此，颗粒负载界面通常被建模为这样。在这里，我们把这种类比的极限比较筏形态的理论连续弹性模型的接口的第一个定量测量。我们表明，虽然强大的描述皱纹波长，褶皱到褶皱的过渡和褶皱的形状，这种弹性的描述并没有捕捉到实验的细节。我们描述了一个不可预测的二次波长，压缩模型和滞后行为在压缩周期，所有这些都是一个签名的内在离散和摩擦性质的颗粒筏的压缩差异。这也表明，这些复合材料表现出塑性转变和堵塞动力学。
2018-02-07 cond-mat.soft
From creep to flow: Granular materials under cyclic shear
颗粒状材料，如沙子，粉末和谷物在日常生活中无处不在，工业应用和地球科学[1]。当不受干扰时，它们形成类似于其他非晶态固体如金属和胶体玻璃的稳定结构[2]。通常认为，所有这些无定形材料在缓慢剪切时显示出普遍的机械响应，即，有一个弹性制度，其次是屈服[3]。在这里，我们使用X射线断层扫描，以确定在三维循环剪切颗粒系统的微观动力学。与剪切振幅$Γ$无关，样品显示出从蠕变到扩散动力学的交叉，表明粒状材料没有弹性响应并且总是屈服，与其他玻璃形成鲜明对比。重叠函数[4]表明，在大的$Γ$屈服是一个简单的交叉现象，而对于小的$Γ$，它显示出一级跃迁的特征，临界点在$Γ\approx 0.1$，在该临界点处，人们发现明显的减速和动力学不均匀性。我们的研究结果是直接相关的颗粒的表面粗糙度，诱导微观的势能景观，从而创建松弛通道，是在简单的玻璃缺席。为了理解颗粒系统的复杂弛豫动力学，必须理解这些过程。
2023-01-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Transforming mesoscale granular plasticity through particle shape
当非晶材料的应变超过屈服点时，它会通过耗散的雪崩式滑动事件进入持续重构状态，从而减轻累积的局部应力。然而，这些事件的统计数据如何取决于组成单位之间的地方互动仍然存在争议。为了解决这个问题，我们在颗粒材料上进行实验，我们使用颗粒形状来系统地改变相互作用。颗粒状材料，在恒定压力的边界条件下，被单轴压缩，而应力测量和内部重排与X射线成像。我们引入波动性，一个经济理论中的量，作为一个强大的新工具来量化压力波动的大小，发现系统的，形状依赖的趋势。对于所有22个调查形状的幅度$s$的松弛事件是很好的拟合截断幂律分布$P(s)\sim {s}^{-τ} exp(-s/s^*)$，已提出的塑性模型的上下文中。所有形状的幂律指数$τ$测试聚类在$τ=$ 1.5左右，实验不确定性范围为1.3 - 1.7。$τ$的形状独立性及其与平均场模型的兼容性表明，该系统的粒度，而不是颗粒形状，修改后的应力重分布的滑移事件远离连续弹性。同时，特征最大事件大小$s^*$变化两个数量级，并跟踪波动的形状依赖。因此，颗粒材料中的颗粒形状是影响无定形系统从无标度临界状态运行的距离的一个强大的新因素。这些实验结果没有捕获当前的模型，并建议需要重新检查的机制，驱动非晶系统中的介观塑性形变。
2018-12-21 cond-mat.soft
Creep in reactive colloidal gels: a nanomechanical study of cement hydrates
从软的聚合物凝胶到硬化的水泥浆，非晶态固体在恒定载荷下表现出显著的时间依赖性变形，称为蠕变。这种现象的微观机制在无定形材料中知之甚少，在密集堆积和化学反应性颗粒系统中构成了更大的挑战。这两个特点是突出存在于水合水泥浆组成的硅酸钙水合物（C-S-H）纳米粒子，其堆积密度增加作为时间的函数，而水泥水化发生。在水化的各个阶段进行纳米压痕测试和孔隙率测量的大量样品的收集，我们表明，水化水泥浆体的蠕变响应主要是由颗粒间的距离和结果（C-S-H）纳米颗粒之间的滑移控制。我们的研究结果提供了一个独特的洞察的微观机制，支撑在老化颗粒材料的蠕变响应，从而为混凝土的设计与改善抗蠕变性铺平了道路。
2021-10-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Structural and Topological Nature of Plasticity in Sheared Granular Materials
在机械加载时，粒状材料屈服并经历塑性形变。塑性形变的本质对于建立宏观本构模型和理解剪切带的形成是必不可少的。然而，我们仍然没有完全理解无序颗粒材料中塑性形变的微观本质。本文利用同步辐射X射线层析成像技术跟踪了剪切作用下三维颗粒材料的结构演化。我们建立了高度扭曲的共面四面体的结构缺陷负责微观塑性无序颗粒填料。基本塑性事件通过翻转事件发生，翻转事件对应于这些共面四面体之间的邻居切换过程（或等效为4环向错的旋转运动）。这些事件在空间上是离散的，并具有与主应力方向的特定取向。
2018-06-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Multi-directional behavior of granular materials and its relation to incremental elasto-plasticity
用多向加载探针研究了颗粒材料的复杂增量行为。采用先进的离散元模型（DEM）研究了初始单调轴对称三轴加载条件下，小载荷探头的可逆和不可逆应变。该模型使用非凸非球形粒子和一个精确的实现赫兹类Cattaneo-Mindlin模型的接触相互作用。在研究中使用了直线真三轴探头（即，无直接剪切应变或主应力旋转），小应变增量为$2\times 10^{-6}$。可逆响应是线性的，但表现出高度的刚度各向异性。然而，不可逆行为在几个方面偏离了经典的弹塑性。在应力增量的各个方向（加载、卸载、横向加载等）都发生了少量的不可逆应变和接触滑移，证明了弹性域（如果存在的话）小于模拟中使用的应变增量。不可逆应变发生在与主屈服面相切的方向上，且不可逆应变的方向随应力增量的方向而变化。对于偏π平面内的应力增量，不可逆响应具有圆角，这是多种塑性机制的证据。在这些圆角处的响应作为应力方向的函数以连续的方式变化。结果置于高级弹塑性模型的背景下：多机制塑性和切向塑性。虽然这些模型是对传统弹塑性模型的改进，但它们并不完全符合模拟结果。
2018-07-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Force chain dynamics in a quasi-static granular pile
本研究通过准二维光弹性实验观测颗粒堆力链网络，发现颗粒系统在达到表观稳定后仍发生力链局部变化，且其动力学可能构成大规模破坏与蠕变转变的基础。
2025-04-28 cond-mat.soft physics.geo-ph
Brownian granular flows down heaps
我们研究了一堆微米大小的二氧化硅颗粒在充满水的微流控鼓的雪崩动力学。与经典颗粒材料的预期相反，雪崩不会在有限的休止角处停止。在桩的角度松弛至角度$θ\_c$的第一快速阶段之后，观察到桩缓慢流动直到自由表面达到水平的蠕变状态。这种弛豫在时间上是对数的，并且强烈地依赖于颗粒的重量和热搅动（重力Péclet数）之间的比率。我们提出了一个简单的一维模型的基础上克雷默的逃逸率来描述这些布朗颗粒雪崩，再现的主要意见。
2019-11-15 cond-mat.soft
A stochastic flow rule for granular materials
人们曾多次尝试推导稠密颗粒流的连续介质模型，但仍缺乏一个通用的理论。在这里，我们从准二维颗粒材料的Mohr-Coulomb塑性开始计算（平均）应力和滑移面，但我们提出了一个“随机流动规则”（SFR）来取代经典塑性理论中的同轴性原则。SFR考虑到颗粒材料的两个关键特征-离散性和随机性-通过扩散局部流化的“点”，其充当塑性载体。我们假设，点执行随机游走偏置沿滑移线与漂移方向确定的应力不平衡后，从静态到动态摩擦的局部开关。在连续极限（基于现场浓度的福克-普朗克方程），这个简单的模型是能够预测各种颗粒的流动曲线在平底筒仓，环形库埃特细胞，流动堆，和板拖动实验-基本上没有拟合参数-虽然它只预计在材料的功能是在初期故障和滑移线是不允许的。对于允许的滑移线的特殊情况下，如板拖动下一个沉重的负载或流下的斜面，我们假设一个过渡到率依赖的Bagnold流变学，其中流动发生滑动剪切面。与不同的屈服准则，SFR提供了一个通用的框架，多尺度建模的非晶材料的塑性，循环之间的连续极限状态应力计算，细观尺度点随机游走，和微观粒子松弛。
2006-09-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Creep dynamics of athermal amorphous materials: a mesoscopic approach
屈服应力流体显示复杂的动力学，特别是当被驱动到固体和流动状态之间的瞬态状态时。受致密非晶材料蠕变实验的启发，我们实施介观弹塑性描述来分析非热系统中的瞬态动力学。我们的平均场和空间相关的方法一致地再现了典型的实验应变率响应不同的步骤施加应力。此外，它们使我们能够理解应变速率减慢（蠕变）和应变速率加速（流化）阶段的基本过程。当外加应力接近静态屈服应力时，流化时间以幂律方式增加。该应力值与剪切启动实验中的应力过冲有关，并且已知其取决于样品制备和老化。通过计算空间分辨模型中累积塑性的相关性，揭示了蠕变动力学过程中不同的协同运动模式。
2018-09-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Glassy dynamics of landscape evolution
土壤不知不觉地向山下蠕动，但也无法造成灾难性的滑坡。尽管这些过程作为危害和塑造景观的重要性，但没有一个商定的模型来捕捉所有的行为。在这里，我们研究的颗粒起源的山坡土壤输运的离散元方法模拟，并重新分析测量的自然景观。我们发现蠕变低于临界坡度，平均颗粒速度（泥沙通量）随摩擦系数（梯度）呈指数增加的斜坡。在临界点，存在向致密颗粒流动流变学的连续过渡。因此，缓慢的泥石流和滑坡表现出玻璃动力学特性的范围广泛的无序材料，它们所描述的两相通量方程，从颗粒尺度的摩擦单独出现。这个玻璃模型再现了自然山坡的地形剖面，显示了其预测地质时间尺度上的山坡演变的承诺。
2018-01-22 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
Applying GSH to a Wide Range of Experiments in Granular Media
颗粒固体流体动力学（GSH）是一种研究颗粒介质的连续力学理论，本文给出了GSH的适用范围。简单的，经常分析的解决方案涉及到经典的观察在不同的剪切速率，包括：（i）静态应力分布，堵塞;（ii）弹塑性运动：加载和卸载，接近临界状态，稳定性和休止角;（iii）快速密集流：$μ$ -流变学，Bagnold缩放和应力最小值;（iv）弹性波，压实，宽和窄剪切带。还考虑了不太常规的实验：剪切堵塞、蠕变流动、粘弹性行为和非局部流化。所有这些现象有序，相关，解释和占，虽然经常定性，我们相信，GSH可以作为一个统一的框架，提供适当的宏观词汇和心态，帮助一个未来的条款与颗粒物理学的广度。
2014-07-27 cond-mat.soft
Mobility in immersed granular materials upon cyclic loading
我们研究的流动性的对象嵌入在一个浸没的颗粒填料，并进行循环载荷。在这个目标中，我们进行了实验，使用玻璃珠浸泡在水中和一个水平板进行循环上举力。在不同的循环力的频率和振幅进行的测试证据的三个流动性制度的发展，使板保持几乎不动，稳步向上移动或缓慢向上蠕动。结果表明，当频率增加时，在较低的力值下可以发生稳定的板块上抬。我们提出了一种解释，这种频率削弱行为的基础上力松弛实验和理论粘弹塑性力学模拟的流动性响应的分析。这些结果和分析指出了固有的差异，在流动性之间的响应稳定和循环加载浸没粒状材料。
2020-05-07 cond-mat.soft
Shear-induced diffusion in non-local granular flows
研究了具有应力梯度和惯性数梯度的非均匀稠密颗粒流的自扩散特性。这项研究是基于模拟平面剪切与重力和Poiffille流，其中非局部效应诱导一些蠕变流应力低于屈服区。结果表明，剪切诱导扩散是定性不同的区域以上和以下的屈服。低于产量，扩散率不再受速度波动，我们证明了扩散率和局部剪切速率之间的直接缩放。这是解释通过分析晶粒轨迹，表现出一个笼子里的动态发展低于产量的区域。最后，我们引入了一个明确的缩放的本地惯性数在这些区域中的配置文件，这导致一个简单的表达的扩散率作为一个函数的应力和位置在非本地流。
2018-08-06 cond-mat.soft
Rheology of sediment transported by a laminar flow
了解流体驱动的沉积物输运动力学仍然具有挑战性，因为它是颗粒物质和流体流动之间的中间区域。Boyer \textit{et al.} \citep{Boyer2011}提出了一个统一的稠密干颗粒和粘性悬浮液流的局部流变学，但它已被验证，只有在一个封闭的系统中的中性浮力颗粒。在这里，我们概括了博耶\textit{et al.} \citep{Boyer2011}模型占的颗粒的重量，通过增加一个压力$P_0$，并测试该模型的能力来描述泥沙输运在一个理想化的实验室河流。我们从上方对一床沉降的塑料颗粒进行层流剪切流动，并使用折射率匹配来跟踪颗粒的运动并确定局部流变学-从流体-颗粒界面到颗粒床的深处。所有实验的数据在$10^{-5} \leq I_v \leq 1$的范围内作为粘性数$I_v$的函数而塌陷到摩擦$μ$的单一曲线上，从而验证了局部流变学模型。但是，对于$I_v < 10^{-5}$，数据不会折叠。颗粒没有像预期的那样经历与$μ\rightarrow μ_s$的堵塞转变，而是转变到蠕动状态，在该状态下，我们观察到摩擦系数$μ\leq μ_s$随着$I_v$减小而连续衰减。这种蠕变制度的流变学不能描述的本地模型，需要更多的工作，以确定是否可以修改一个非本地的流变学模型，以考虑我们的研究结果。
2015-09-28 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
Jamming, Yielding, and Rheology during Submerged Granular Avalanche
通过实验与晶格玻尔兹曼-离散元耦合模拟研究流体中颗粒雪崩的阻塞与流变，引入长度尺度比$G$统一描述系统动力学，并确定屈服及类流态转变的临界点。
2024-08-25 cond-mat.soft physics.geo-ph
The flow deep within granular piles
Indian Institute of Science, Bangalore（印度科学研究所班加罗尔）
通过流动成像实验和粒子动力学模拟，研究锥形颗粒堆在顶部倾倒颗粒时内部持续的塑性流动，揭示流动方向从对称轴处的垂直平滑变化到外围的平行于表面。
2026-05-28 cond-mat.soft
The effect of grain shape and material on the nonlocal rheology of dense granular flows
非局部流变学允许从蠕动到中间流态的颗粒流的建模，使用少量的参数。在本文中，我们报告的实验测试颗粒特性如何影响模型参数，使用三种不同形状的颗粒（圆形，椭圆形和五边形）和三种不同的材料，包括一个允许通过光弹性测量应力。我们的实验是在一个准二维的环形剪切单元上进行的，该单元具有旋转的内壁和固定的外壁。每种类型的颗粒被发现表现出流动，这是很好的配合非局部流变学，与每个颗粒具有独特的三元组的本地，非本地，和摩擦参数。虽然局部参数b总是近似为1，但非局部参数A敏感地依赖于颗粒形状和材料。对于相同材料但不同形状的颗粒，发生库仑破坏的临界应力比μ s不同，表明几何摩擦可以超过材料摩擦。
2021-08-25 cond-mat.soft
Emergence of cooperativity in plasticity of soft glassy materials
塑性事件之间的弹性耦合通常被用来解释非晶软玻璃材料的塑性特性和破坏。我们报告了一个实验，在失败之前，观察到一个自组织的塑性流动的出现。为此，我们施加一个均匀的应力颗粒状材料，并测量非常小的应变增量使用光散射装置的局部变形。我们观察到一个非均匀的应变，出现作为瞬态带的介观尺寸和明确的方向，不同的宏观摩擦剪切带，出现在故障的角度。这些微带的存在和取向可以通过考虑局部塑性重组如何在周围连续弹性介质中重新分布应力来理解。我们表征的长度尺度和持久性的结构。的存在下的塑性事件和细观结构的塑性流动进行了比较，数值模拟。
2014-05-19 cond-mat.soft
Onset and impact of plastic deformation in granular compaction
本文通过粘结粒子模型模拟研究颗粒高压压实中塑性变形的作用，发现不同塑性起始应变下的压力变化数据可塌缩，表明简单数学描述可刻画塑性对压实的影响。
2024-10-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Micro-plasticity in a fragile model binary glass
在名义上的弹性制度的原子变形模拟进行的模型二元玻璃的应变速率低至$10^{4}$ /秒（对应于0.01剪切应变每1 $μ$秒）。一个强大的弹性显示，表现出只有轻微的弹性软化，尽管相当不同程度的结构松弛发生在四个数量级的应变率考虑。对原子尺度结构的仔细检查表明，对于两种类型的局部原子环境，材料响应明显不同。一个系统跨越iscosahedral协调子结构响应纯弹性，而其余的子结构也承认微塑性演化。这导致了非均匀的内部应力分布，在卸载时，导致负蠕变和完全残余应变恢复。局部应力，原子位移和SU（2）局部键拓扑结构方面的详细结构分析表明，这种微观过程可以导致局部应力的大变化，更有可能发生在具有较高自由体积和较软弹性刚度的几何挫折区域。这些见解揭示了原子光的结构起源，可能会支配最近的实验观察显着的结构演化响应弹性加载协议。
2020-11-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Drastic slowdown of shear waves in unjammed granular suspensions
本文对剪切弹性波沿稠密颗粒悬浮体表面的传播进行了实验研究。使用超快超声扫描仪，我们监测软化的剪切波速度内的光学不透明的介质作为驱动振幅的增加。对于这样的非线性行为两个政权被发现：在第一个政权，我们观察到一个显着的剪切模量减弱，但没有可见的晶粒重排。在第二个政权，有一个明确的晶粒重排伴随着模量下降高达88%。提出了一个摩擦模型来描述非线性弹性和塑性之间的相互作用，突出了接触断裂前的接触滑移的关键作用。对这些非线性剪切波的研究可以弥补两种不相交的方法之间的差距，用于描述非干扰附近的动力学：线性弹性软模式和非线性碰撞冲击。
2018-10-19 cond-mat.soft
Searching for structural predictors of plasticity in dense active packings
在受到剪切或热激励的非晶态固体中，已经开发出了所谓的结构指示器，用于预测未来塑性或颗粒重排的位置。一个悬而未决的问题是类似的工具是否可以用于致密的活性材料，但一个挑战是，在大多数情况下，活性系统不具有明确的固体参考配置。我们开发了一个计算模型，吸引到一个感兴趣的点，这并不允许一个机械稳定的参考状态的无限持久运动的限制密集的活动人群。以前对类似系统的研究表明，群体的集体运动可以通过对时间平均的两粒子关联函数矩阵求逆来预测。寻求第一性原理的理解，这一结果，我们表明，这个活性物质系统直接映射到一个颗粒包装在外部潜在的存在下，并扩展现有的结构指标的基础上线性响应预测塑性存在的噪声动力学。我们发现，强大的压力梯度所必需的定向活动，以及自生的自由边界，强烈影响系统的线性响应。在低压区域，基于线性响应的指示器是预测性的，但在我们的活性填料的高压内部，它不能很好地工作。我们的研究结果激励和通知未来的工作，可以更好地制定强压力梯度系统的结构动力学预测。
2022-01-28 cond-mat.soft
River-bed armoring as a granular segregation phenomenon
砾石河床的表面通常有一层由粗颗粒组成的“装甲”层，它的作用是保护下面的细颗粒免受侵蚀。推移质运动是一种密集的颗粒流，这种流动是已知的垂直分离颗粒。然而，颗粒物理对河床粗化的贡献还没有研究。在这里，我们研究这些连接在一个实验室的河流与双峰沉积物的大小，通过跟踪颗粒的运动从表面到床内深处，并发现装甲的发展有两种不同的机制。近表层的推移质输运驱动快速分离，垂直平流速率与颗粒剪切速率成正比。推移质层下的蠕动颗粒引起缓慢但持久的分离，这是扩散为主，对剪切速率不敏感。我们验证了这些研究结果与连续的唯象模型和离散元方法模拟。我们的研究结果表明，河床装甲颗粒分离从下面-而不是流体驱动的排序从上面-同时也提供了新的见解的力学隔离，相关的范围广泛的颗粒流。
2016-09-21 cond-mat.soft physics.geo-ph
Rearrangement of Granular Surfaces on Asteroids due to Thermal Cycling
本文通过一维热物理传导模型研究小行星表面热循环引起的颗粒相对位移，发现热循环可驱动厘米级扩散流动，并解释细粒物质在低洼处聚集的机制。
2023-08-07 astro-ph.EP cond-mat.soft physics.geo-ph
Oscillatory Instabilities in Frictional Granular Matter
无摩擦条件下，普通玻璃和非晶态固体对外部应变的塑性响应是完全不同的。虽然常规玻璃由于海森矩阵的实本征值的消失而表现出塑性不稳定性，但摩擦颗粒材料可以表现出先前未注意到的不稳定性的附加机制，即一对复本征值的出现导致扰动的振荡指数增长，其被动力学非线性驯服。这种根本的区别对于理解摩擦颗粒材料的塑性和破坏是至关重要的。地震物理学的可能相关性进行了讨论。
2019-01-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Shear transformation zone analysis of shear reversal during granular flow
实验测量的颗粒流的发病直接相比，预测的“剪切转变区”（STZ）理论的非晶塑性。STZ方程使得有可能，在粗粒度的水平上，将颗粒接触网络的各向异性和其动态演变，包括剪切反转下的接触网络方向的变化。STZ理论和实验表明定性协议的瞬态和稳态剪切力和速度分布在剪切和剪切反转的开始。
2010-08-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Effect of adhesive interaction on strain stiffening and dissipation in granular gels undergoing yielding
无序固体中的应力诱导屈服/流化，其特征在于不可逆性和增强的耗散，对于广泛的工业和地质过程是重要的。虽然，在热系统中的这种现象已被广泛研究，他们仍然知之甚少颗粒固体。在这里，使用振荡剪切流变学和原位光学成像，我们研究能量耗散在一个致密的颗粒悬浮液中的粘合剂颗粒，形成屈服应力固体远低于各向同性干扰点中获得的硬球排斥的限制。我们发现有趣的非线性流动制度，包括周期内的应变硬化和塑性，强烈依赖于所施加的应变幅度（$γ_0$）和颗粒体积分数（$ϕ$）。我们证明，这种非线性在整个参数范围内可以有效地捕获的归一化能量耗散（$E_N$）的无量纲变量。此外，原位光学成像揭示了与局部速度的时空波动相关的不可逆粒子重排，其性质在整个屈服过渡中变化惊人。通过直接测量的临界堵塞包装分数使用颗粒沉降实验，我们提出了一个详细的相图，揭示了颗粒间的相互作用，在控制系统的流动特性的广泛的$γ_0$和$ϕ$值的作用。
2022-02-23 cond-mat.soft
Strain hardening by sediment transport
临界流体剪切应力的泥沙输运，$θ_c$的开始，随历史的应用剪切。这种效应已被归因于压实，但剪切堵塞的作用是未经探讨的。我们研究的颗粒床流体剪切应力周期的大小和方向不同的响应，并确定各向同性和各向异性的贡献。蠕变和推移质输运导致$θ/θ_c < 4$的方向相关应变硬化。膨胀引起的弱化和记忆丧失，发生在更大的应力下。我们的研究结果提供了一个颗粒的形成和破碎的硬包装河床“盔甲”的解释。
2021-11-01 cond-mat.soft physics.geo-ph
Relevance of visco-plastic theory in a multi-directional inhomogeneous granular flow
我们面对最近的粘塑性描述的致密颗粒流[P. Jop等人，自然，{ \bf 441}（2006）727]与多方向非均匀稳定流中观察到的非光滑接触动力学模拟的2D半填充旋转鼓。特别注意分别检查两个基本的陈述，考虑到理论可以改写，即（i）一个单一的关系之间的不变量的应力和应变率张量和（ii）这些张量之间的对齐。有趣的是，第一个预测是相当好的验证超过四十年的小应变率，从表面快速流动的准静态蠕变阶段，在那里通常被认为是失败的，因为堵塞。另一方面，应力和应变率张量之间的对齐示出失败的整个流，产生一个明显的违反粘塑性流变学时，不小心应用。在准静态阶段，特别大的失调被证实与瞬态双折射效应有关。
2009-11-06 cond-mat.other cond-mat.soft
Yielding and plasticity in amorphous solids
本文从统计力学视角综述了非晶态固体在小变形、屈服转变及堵塞转变附近的力学行为，并拓展到致密生物与活性材料流变学研究。
2024-01-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Friction-controlled reentrant aging and fluidization in granular materials
The University of Tokyo（东京大学）；University of Montpellier（蒙彼利埃大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）
本研究通过离散元模拟揭示摩擦在颗粒材料循环剪切压实中的双重作用，发现重入的非单调流化行为，并阐明其控制老化与流化的微观机制。
2025-10-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Inter-particle adhesion induced strong mechanical memory in a dense granular suspension
重复/循环剪切可将非晶态固体驱动到对所施加的应变振幅的记忆进行编码的稳态。然而，最近的实验发现，这种记忆形成对块体材料的机械性能的影响是相当弱的。在这里，我们研究的记忆效应在屈服应力固体形成的玉米淀粉颗粒在石蜡油中的稠密悬浮液。在循环剪切作用下，系统向稳态演化，表现出训练诱导的应变刚化和塑性。读数显示，该系统编码的训练振幅的强记忆，如所示的一个大的变化，在微分剪切模量。我们观察到，记忆可以被编码为一个广泛的训练幅度以上和以下的屈服，虽然，记忆的强度随着训练幅度的增加而下降。原位边界成像显示应变局部化接近剪切边界，而大部分样品像固体塞一样移动。在稳态下，<v>当应变接近训练振幅时，类固体区域内的平均粒子速度（）相对于移动板减慢，然而，当读出应变穿过振幅时，<v>突然增加。我们证明，颗粒间的粘附相互作用是至关重要的，这样一个强大的记忆效应。有趣的是，我们的系统也可以记住一个以上的输入，只有在最后应用具有较小幅度的训练应变。
2022-06-25 cond-mat.soft
Mechanical Behaviour of Glasses and Amorphous Materials
广泛的材料可以微观上无序的固体形式存在，称为非晶态固体或玻璃。这类材料--氧化物玻璃和金属玻璃、聚合物玻璃以及软固体如胶体玻璃、乳液和颗粒填料--在各种情况下都可用作结构材料。它们的变形和流动行为与许多其他方面有关。除了与这些固体的形成有关的基本问题之外，理解它们的机械行为因此是有趣的，并且对于它们作为材料的使用具有重要意义。特别是，非晶态固体的塑性和屈服行为的本质已被积极地研究。不同的非晶态固体表现出明显不同的行为，并且与晶体材料的行为在性质上不同。最近研究的一个目标是理解非晶塑性的统一特征，并了解它们之间的明显差异。我们总结了一些最近在这方面的进展。我们专注于从计算机模拟研究中获得的见解，特别是那些采用振荡剪切变形的模型玻璃。
2021-08-19 cond-mat.soft
Sounds of Failure: Passive Acoustic Measurements of Excited Vibrational Modes
粒状材料可能会因地震或脆性断裂等自发事件而失效。然而，测量和分析模型，预测这类材料的故障，而根本和实际的利益，仍然难以捉摸。包括球体、胶体玻璃和颗粒材料的数值填充在内的材料已经知道随着围压的降低会产生过量的低频振动模式。在这里，我们报告剪切颗粒材料的实验中，我们通过被动监测声发射监测激发模式的不断变化的密度。我们观察到的激发模式的分布与体和局部塑性一致的扩大，和明确的演变之前和之后的分布的形状散装故障。这些结果提供了一个新的解释的变化状态的材料接近粘滑破坏。
2018-05-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Topological defects govern plasticity and shear band formation in two-dimensional amorphous solids
本文利用二维非晶颗粒堆积的纯剪切实验，证明位移场中的拓扑缺陷是塑性载体，可预测塑性起始与整体力学响应，并揭示其局域化和协同排列驱动宏观剪切带形成，从而建立连接拓扑、短程序与力学响应的统一框架。
2025-07-04 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Investigating frictional instability due to pressurization in granular media: insights from coupled computational fluid dynamics discrete element method
University of Houston（休斯顿大学）
通过三维CFD-DEM耦合模拟，研究排水条件如何通过孔隙压力扩散、排水与接触网络退化间的颗粒尺度反馈控制颗粒剪切层的失稳机制。
2026-06-04 cond-mat.soft physics.geo-ph
Unifying Plasticity in Ordered and Disordered Matter using Topological and Geometrical Descriptors
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Wilczek Quantum Center, Shanghai Jiao Tong University（上海交大吴健雄量子中心）；Chengdu University of Technology（成都理工大学）
本文通过引入位错、位形变和不兼容密度场，揭示了无序材料中塑性流动区域的识别问题，并展示了这些场在二维玻璃和三维颗粒系统中的预测能力，揭示了旋转缺陷在三维中的主导作用。
2026-09-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A stability-reversibility map unifies elasticity, plasticity, yielding and jamming in hard sphere glasses
非晶态固体，例如玻璃，对变形具有复杂的响应，在材料设计和应用中具有显著的后果。在这方面，两个相互交织的方面很重要：稳定性和可逆性。一方面，理解玻璃如何由于剪切变形下的塑性增加而变得不稳定是至关重要的;另一方面，响应在多大程度上是可逆的，这意味着一旦扰动被释放，系统能够恢复原始配置的程度。在这里，我们专注于组装的硬球作为非晶态固体，如胶体玻璃和颗粒物质的最简单的模型。我们准备的玻璃态淬火从平衡过冷液体状态，这是通过使用交换蒙特卡罗算法得到的，并对应于一个广泛的结构弛豫时间尺度。我们详尽地映射出它们的稳定性和可逆性下的体积和剪切应变，使用广泛的数值模拟。在体积剪切应变相图上，原始玻璃状态保持固态的区域由剪切屈服线和剪切干扰线界定，剪切屈服线和剪切干扰线在屈服干扰交叉点相遇。该固相可以进一步分为两个亚相：稳定的玻璃相，其中系统完全弹性变形并且是完全可逆的，以及边缘玻璃相，其中它在介观尺度上经历随机塑性形变并且是部分不可逆的。稳定性-可逆性图的细节强烈地取决于玻璃退火的质量。这一研究为理解非晶态固体的弹性、塑性、屈服和堵塞提供了一个统一的框架。
2018-10-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Grain fragmentation in sheared granular flow: weakening effects, energy dissipation, and strain localization
我们描述的剪切流动的无序颗粒状材料中存在的晶粒断裂使用的剪切转换区（STZ）理论的非晶塑性适应系统与硬核颗粒间的相互作用。为此，我们开发的运动方程为这个系统在一个类似于分子玻璃的分析中使用的热力学框架。对于硬核系统，内部的构型无序的量由致密性$X = \partial V / \partial S_C$表征，其中$V$和$S_C$分别是体积和构型熵。基于断裂力学，用特征晶粒尺寸$a$随时间演变的本构方程描述晶粒破碎。我们表明，晶粒破碎是一种弱化机制，显着降低在大应变率的流动应力，如果材料是率强化的字符。此外，我们还表明，如果颗粒状材料是足够的年龄，空间不均匀性的配置混乱的结果在应变局部化。我们还表明，晶粒分裂在小的剪切应变下的粉碎显着，而晶粒磨损成为主导在大的剪切位移。
2014-02-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
