Kinetic theory for strong uniform shear flow of granular media at high density
本文讨论了由单分散赫兹球组成的流化颗粒床的均匀剪切流动。考虑到高密度周围的玻璃化转变密度的非弹性赫兹球，我们报告的牛顿粘度以及Bagnold系数的动力学理论表达式。讨论了输运系数对密度和恢复系数的依赖关系。
2017-10-12 cond-mat.soft
Interparticle normal force in highly porous granular matter during compression
本研究通过数值模拟和理论推导发现，单分散球体高孔隙尘埃聚集体在压缩时，平均粒子间法向力与填充因子及平均配位数成反比，且该关系适用于任意结构的此类颗粒物质。
2024-01-26 astro-ph.EP cond-mat.soft physics.geo-ph
Close-packed floating clusters: granular hydrodynamics beyond the freezing point?
单分散颗粒流常常发展出颗粒六方密堆积的区域。我们调查这种效果在一个系统的非弹性硬球驱动从下面的“热”板。分子动力学模拟表明，在很宽的参数范围内，一个紧密堆积的集群支持的低密度区域。令人惊讶的是，稳态密度分布，包括紧密堆积的集群部分，以及描述的Navier-Stokes颗粒流体动力学（NSGH）的一个变种。我们建议一个简单的解释NSGH的成功超过冰点。
2003-05-28 cond-mat.soft
Local and Global relations between the number of contacts and density in monodisperse sphere packs
从网络的晶粒之间的接触（\emph{contact network}）的拓扑结构进行了研究，为大样品的密度（体积分数的球体所占的）范围从0.59到0.64的单一尺寸的球体。我们检索包中每个珠子的坐标，并使用三种不同的方法计算平均配位数。我们发现，在所研究的密度范围内，配位数大于4，并随着填充分数的增加而增加。在局部水平上，我们还观察到局部填充分数和邻居数之间的正相关关系。我们发现的局部密度的配置与几个邻居在接触和全球样本密度之间的依赖性。这可能表明，具有少量邻居的局部配置能够塑性变形时，样品是紧凑的。PACS：45.70。n，颗粒系统; 45.70.Cc，静态沙堆;颗粒压实。
2007-09-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Solitary wave trains in granular chains: Experiments, theory and simulations
在水平单分散微珠链中观察到的孤立波的特征不仅取决于微珠的几何和材料性质，而且还取决于微珠链边缘的初始扰动。单分散链上的一个大的前锋的影响，以及类似的一个急剧下降的珠半径在一个阶梯链，产生一个孤立的波列包含许多单孤立波按振幅递减排序。我们发现，通过简单的分析论证，卸载的压缩力在链的边缘有一个接近指数下降。特征时间主要是颗粒质量和撞击质量的函数。数值计算和实验证实了这些发现。
2007-11-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Characterization of a Freezing/Melting Transition in a Vibrated and Sheared Granular Medium
我们描述了实验单分散球形颗粒在一个环形细胞的几何形状，振动从下面和剪切从上面。该系统显示出凝固/熔化转变，使得在充分振动下观察到结晶状态，其可以通过足够的剪切熔化。我们表征这两种状态之间的滞后过渡，并观察功能让人想起一个干扰过渡和临界现象。
2005-12-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The equation of state for almost elastic, smooth, polydisperse granular gases for arbitrary density
对含有不同尺寸颗粒的稠密颗粒气体的模拟结果与理论预测进行了比较，包括对关联函数、碰撞率、能量耗散和混合物压力。有效粒子-粒子关联函数以与单分散颗粒气体的关联函数相同的方式进入状态方程，仅取决于总体积分数和尺寸分布函数的无量纲宽度A。提出了统一稀态和浓态的“整体状态方程”。关于一个全球性的状态方程的知识适用于稳态的情况下，颗粒气体在引力场，在许多快照的平均值是可能的。密度分布的数值计算结果与基于整体状态方程的预测完全一致，对于单分散的情况。在双分散或多分散的情况下，分离发生在底部的重颗粒。
2001-03-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Compaction of Granular Columns under Thermal Cycling
本研究通过实验揭示热循环下颗粒柱的压实由容器与颗粒的差异热膨胀驱动剪切所致，并用三种模型量化其缓慢弛豫与老化动力学，为地质和工程应用提供机制见解。
2025-01-23 cond-mat.soft
Diffusive transport of light in two-dimensional granular materials
我们研究光子在二维随机堆积的单分散盘作为一个简单的颗粒材料模型的扩散。我们应用射线光学近似来建立光子的持续随机行走。我们采用菲涅耳的强度反射率，其丰富的依赖于入射角和偏振态的光。我们提出了一个解析表达式的传输平均自由程的折射率的晶粒和主机介质，晶粒半径，和包装分数。我们进行数值模拟来检验我们的分析结果。
2012-03-18 cond-mat.soft physics.optics
The Rheology of Granular Mixtures with Varying Size, Density, Particle Friction and Flow Geometry
本文通过离散元模拟研究多分散颗粒混合物的流变行为，提出基于体积平均的标度方法，并引入融合μ(I)流变学与动理论的幂律模型，将局部与非局部流变数据统一到单一主曲线上。
2023-08-11 cond-mat.soft
Slow dynamics and aging of a confined granular flow
我们目前的实验结果慢流动性能的颗粒组件限制在垂直柱和驱动向上在一个恒定的速度V。对于单分散组件，本研究的证据在低速度（$1<V<100 μm/s$）的硬化行为，即获得一个稳定的状态速度所需的应力大致随速度增加。另一方面，在非常低的驱动速度（$V<1 μm/s$），我们证明了一个不连续的和滞后的过渡到粘滑制度的特点是一个强大的分歧时，速度为零的最大阻塞力。我们表明，所有这些现象都受到周围湿度的强烈影响。我们还提出了一个尝试，以建立颗粒流变学和固体之间的摩擦力的壁和颗粒。我们的讨论基于一个简单的理论模型和独立的晶粒/壁摩擦学测量。我们也使用有限元数值模拟来对抗实验结果的各向同性弹性。第二个系统的玻璃珠的多分散组件进行了研究。我们强调一个新的动力学行为的发病，即大分布的阻塞力证明在粘滑制度。
2003-02-27 cond-mat.soft
Numerical model for granular compaction under vertical tapping
一个简单的数值模型是用来模拟的效果上的单分散硬球填料的垂直抽头。我们的研究结果是在芝加哥和其他以前的模型，特别是关于压实的动力学，压实效率的激励强度的影响，和一些老化的影响与experimantal工作。该模型的主要优点是它允许对填料进行局部分析。使用垂直和横向密度分布以及孔隙的尺寸和体积分布。一个有趣的结果涉及的外观的密度分布在压实过程中的垂直梯度。此外，孔隙的体积分布表明，最小的孔隙，在四面体和八面体网站之间的大小范围内，没有强烈的影响，由攻丝过程中，相反，最大的孔隙是更敏感的压实的填料。
2001-02-22 cond-mat.soft
Intercoupling of Segregation and Rheology in Spatially Developing Granular Chute Flows
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）
本研究通过耦合颗粒力偏析模型与惯性数局部流变学的连续介质框架，探究空间发展型颗粒 chute 流中偏析与流变的耦合关系，揭示流动发展对偏析演化的影响。
2026-09-01 cond-mat.soft
Caging dynamics in a granular fluid
我们报告了一个实验研究的笼状运动在均匀加热的颗粒流体，为广泛的填充分数，$ϕ$。在低$ϕ$下，观察到流体的经典扩散行为。然而，随着$ϕ$的增加，临时笼的发展和颗粒变得越来越多地被其邻居捕获。我们统计分析粒子轨迹，并观察到一些强大的功能，通常与致密的分子液体和胶体。即使我们的单分散和准二维系统是已知的，不表现出玻璃化转变，我们仍然观察到许多前体通常与玻璃态动力学。我们推测，这是由于在我们的情况下，由结晶的存在下提供的结构逮捕的过程。
2006-10-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Experimental measurements of the granular density of modes via impact
提出一种利用单次冲击声学测量三维颗粒材料模态密度的实验方法，发现低压下低频模态过剩及随压力移动的低频峰，为研究颗粒模态密度提供了简便手段。
2024-07-26 cond-mat.soft
Measurements of Particle Dynamics in Slow, Dense Granular Couette Flow
实验测量的下表面上的一个3D库埃特细胞含有单分散球的粒子动力学的报告。平均径向密度和速度分布与先前在填充有芥菜籽的3D单元的本体内和下表面上测量的那些相似。对粒子速度随时间演变的观测揭示了不同的运动事件，即先前静止的粒子在再次卡住之前移动一小段时间的间隔。在离运动壁面一定距离$r$处的两个粒子速度之间的互相关揭示了粒子相关的特征长度尺度。单个粒子速度的自相关性揭示了一个特征时间尺度$τ$，该时间尺度随着与内部移动壁的距离而减小。这可能归因于离散运动事件发生的罕见性增加以及大$r$时这些事件的持续时间缩短。均方根方位角速度波动，$δv_θ(r)$，和平均剪切速率，$\dotγ(r)$之间的关系，被发现是$δv_θ\propto \dotγ^α$与$α= 0.52 \pm 0.04$。这些意见进行了比较与其他最近的实验和修改后的流体动力学模型最近推出的Bocquet等人。
2001-03-27 cond-mat.soft
Pattern-transition, microstructure and dynamics in two-dimensional vibrofluidized granular bed
实验是在一个二维的单层振动流化床的玻璃珠，与一个目标，以了解过渡方案和底层的微观结构和动力学在不同的模式状态。在小的振动加速度（$Γ=Aω^2/g <1$）下，颗粒保持与振动容器的底部连接-这被称为固体床（SB）。随着$Γ$的增加（在足够大的振动幅度$A/d$下）和/或随着$A/d$的增加（在足够大的$Γ$下），转变/分叉的顺序如下展开：SB到BB（“弹跳床”）到LS（“莱顿弗罗斯特状态”）到“2-卷对流”到“1-卷对流”，最后到类气体状态。对于一个给定的长度的容器，粗化的多个对流辊导致的“单辊”结构的起源（称为{ \it多辊过渡}），其随后的过渡到粒状气体是这项工作的两个新的发现。我们发现“$BB\to LS$“跃迁的临界振荡强度（$Γ_{BB}^{LS}$）与粒子负载（$F=h_0/d$，其中$h_0$是静止的粒子层数，$d$是粒子直径）和振荡幅度（$A/d$）呈幂律关系。通过计算（i）粗粒密度和温度分布和（ii）对关联函数，研究了$BB$和$LS$态的特性。它示出，而在BB中的颗粒的接触网络代表一个六边形填充结构，在LS内的接触网络类似于液体状的状态。LS的不稳定性已被发现，其中的界面（之间的浮动集群和下面的稀释气体）和床的顶部被发现正弦振荡，其振荡频率密切匹配的外部振动的频率。
2016-04-12 cond-mat.soft
van der Waals-like phase separation instability of a driven granular gas in three dimensions
我们表明，范德华力的驱动颗粒状气体在零重力，以前在二维设置中研究的相分离不稳定性，在三维中持续存在。本文研究了在失重条件下，单分散颗粒气体受三维矩形容器热壁驱动的问题。该系统的基本稳定状态，所描述的颗粒流体动力学方程，涉及一个更密集和更冷的层位于壁对面的驱动壁。当非弹性能量损失足够大时，在一定的平均密度范围内，被驱动颗粒气体在平行于驱动壁的方向上表现出负压缩性。当容器的横向尺寸足够大时，负压缩性引起基本稳态的自发对称性破缺和相分离不稳定性。事件驱动的分子动力学模拟证实并补充了我们的理论预测。
2007-04-24 cond-mat.soft nlin.PS physics.flu-dyn
Anti-plane segregation and diffusion in dense, bidisperse granular shear flow
本文通过DEM模拟研究致密双分散颗粒剪切流中垂直于剪切面的抗平面分离与扩散，校准本构方程并验证其预测，提出三维推广策略。
2024-05-26 cond-mat.soft
Spreading of a 2D granular analogue of a liquid puddle: predicting the structure and dynamics through a continuum model
当沙子从漏斗流到表面上时，通过摩擦稳定的三维桩随着它的扩散而变高。在这里，我们研究了一个理想化的二维模拟：一堆单分散油滴在边界处的传播。在我们的系统中，液滴是浮力的，粘性的，与沙子相反，这里的摩擦可以忽略不计。漂浮的液滴一次一个地被添加到堆中。随着骨料的增长，它达到一个临界高度，2D桩在屏障上展开。我们发现，虽然粒度是重要的，生长过程是一个连续的液体。我们定义了“颗粒毛细长度”，类似于液体中的毛细长度，它通过浮力和粘附力的平衡来设定聚集体的临界高度。在粗粒度水平上，颗粒毛细管长度能够描述系统的稳态特性和动态特性，而在颗粒水平上，重复的坍塌事件在桩的形成中起着关键作用。
2022-12-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
The Knudsen temperature jump and the Navier-Stokes hydrodynamics of granular gases driven by thermal walls
热壁是用于颗粒物料振动流化的快速振动板的一种方便的理想化。本文的目的是将近弹性碰撞的单分散颗粒稀颗粒气体的Navier-Stokes流体动力学模型中热壁处的Knudsen温度跃变考虑在内。克努森温度跃变表现为温度边界条件中与温度梯度成比例的附加项。直到一个数量级的前因子，这个术语是已知的弹性气体的动力学理论。我们确定以前未知的数值前因子测量，在一系列的分子动力学（MD）模拟，稳态温度分布的气体的弹性碰撞硬盘，限制在两个热壁之间保持在不同的温度，并比较结果与预测的流体动力学计算采用修改后的边界条件。修改后的边界条件，然后施加，没有任何可调参数，流体动力学计算的气体的温度分布的热壁驱动的非弹性硬盘。我们发现流体动力学预测是在同一系统的MD模拟非常好的协议。这项工作的结果铺平了道路，一个更准确的流体动力学模拟驱动颗粒气体。
2008-09-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Experimental investigations on the nonequilibrium dynamics of pattern formation in fluid and granular systems
模式在本质上是无意识的。不同的多尺度模式通常是与机械或流体动力学不稳定性相关的非平衡动力学过程的结果。在这篇论文中，我报告了几个流体和颗粒系统中斑图形成的实验研究，并揭示了产生这些图案的潜在机制。已知莱顿弗罗斯特液滴经历几乎没有阻尼的星形振荡。然而，其潜在机制仍不清楚。在这里，我报告的快速蒸发蒸汽流和汽液界面之间的流体动力学耦合激发的星形振荡，建议一个纯粹的流体动力学起源。在自然系统中，通常可以观察到多孔干燥裂纹模式。然而，目前还不清楚跨越多个长度尺度的类似裂纹模式是否具有相同的基本物理特性。我报告的多边形裂纹在干燥悬浮液的微米级颗粒的实验结果。在玉米淀粉-水混合物中，由于两种不同的干燥机制，观察到多尺度裂纹图案。我们还发现了多边形裂纹的特征区域，并且膜厚服从普适的幂律。最后，我报告的非布朗粒子在粘性流体中的沉降。我们观察到一个有效的排斥粒子之间的非均匀密度在两个两体和多体系统中的二维和三维，与均匀密度的粒子。我们还描述了三维颗粒沉降模式的统计特性。我在这篇论文中报告的模式代表了由非平衡动力学驱动的流体和颗粒系统中的典型例子，我们发现的潜在机制有望增强我们对这些看似简单的模式如何在自然系统中出现的理解。
2019-05-29 cond-mat.soft nlin.PS physics.flu-dyn
Resonance-induced acceleration of the RBNE-BNE segregation inversion of granular mixtures
本文介绍了在平底和圆底容器中的反向巴西坚果效应（RBNE）-巴西坚果效应（BNE）的共振诱导加速分离反转的实验和模拟。实验和模拟结果均表明，平底容器中顶层较重颗粒的下沉起始位置具有一定的随机性，而圆底容器中较重颗粒的下沉起始位置首先发生在容器底部的两侧边缘。模拟计算中的定量偏析因子表明，圆底容器中RBNE偏析状态向BNE偏析状态的转变速度比平底容器中快。高、低颗粒温度驻波共振斑的出现加速了RBNE-BNE偏聚反转。从单颗粒的弹性碰撞模型看，具有较大角度的底部导致更多的能量从垂直方向向水平方向传递。单分散颗粒床的模拟证实了理论预测。平底容器具有均匀分布的颗粒温度和堆积密度的驻波周期，而圆底容器在水平方向上具有较高的颗粒温度和在圆底的侧边缘处的较低的堆积密度。由于浮力效应，较重的颗粒容易在温度较高的共振点处首先下沉。
2022-09-16 cond-mat.soft physics.class-ph
Probing dissipation in spreading drops with granular suspensions
在这篇文章中，我们研究了密度匹配的颗粒悬浮液的液滴在固体表面上的扩散。粒径分布的双分散性通过突出润湿动力学的关键要素丰富了从单分散实验得出的结论。在所有情况下，动态接触角和接触线速度之间的关系遵循与简单流体类似的关系，尽管颗粒的存在引入了复杂性。我们从这个关系中提取的悬浮液的表观润湿粘度，不同于在散装测量。由实验测量支持的量纲分析产生液滴内部区域的大小的估计，其中动态接触角的值取决于粘性耗散和毛细管应力的平衡。取决于颗粒尺寸如何与该粘性截止长度进行比较，在确定表观润湿粘度的值时似乎是至关重要的。对于双峰共混物，粒度比可用于显示接触线处的局部结构和体积分数的影响，这两者都影响相应的润湿粘度的值。
2022-12-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Phase separation of a driven granular gas in annular geometry
本文研究了硬盘在二维环形空间内非弹性碰撞时的单分散气体的相分离，环形空间的内圈是热壁。当用颗粒流体动力学方程描述时，该系统的基本稳定状态是在环的外圆处颗粒密度增加的方位对称状态。当非弹性能量损失足够大时，流体动力学预测环形状态的自发对称性破缺，类似于先前在矩形几何形状的驱动颗粒气体中发现的范德华相分离现象。在环空的固定纵横比下，相分离涉及颗粒面积分数的“旋节间隔”，其中气体在方位角方向上具有负压缩性。方位角方向的热传导倾向于抑制不稳定性，证实了相对于小扰动的基本稳态的边际稳定性分析。为了测试和补充我们的理论预测，我们进行了事件驱动的分子动力学（MD）模拟这个系统。我们清楚地确定在MD模拟中的相分离状态的过渡，尽管存在大的波动，通过测量粒子密度的方位角谱的基本傅立叶模式的振幅的概率分布。我们发现，从流体力学预测的不稳定区域，总是位于MD模拟中观察到的相分离区域内。这意味着存在一个双结点（共存）区域，其中的环形状态是亚稳态。当驱动壁和弹性壁互换时，以及当弹性壁被弱非弹性壁取代时，相分离仍然存在。
2006-11-12 cond-mat.soft nlin.PS
Simulation of Lateral Impulse Induced Inertial Dilation at the Surface of a Vacuum-Exposed Granular Assembly
本研究利用SSDEM模拟真空环境下颗粒通道的横向脉冲作用，首次发现压缩孤波可诱发长距离惯性表面膨胀，揭示了膨胀的影响因素，为月球冷斑形成提供了潜在解释。
2025-09-04 cond-mat.soft physics.space-ph
Simulation and experiment of gas diffusion in a granular bed
本文通过实验与DSMC模拟研究单分散球体填充床中稀薄气体的Knudsen扩散，给出扩散系数绝对值，并提出线性依赖孔隙率的迂曲度模型以协调分析模型与实验模拟结果，为彗星物质热物理模型提供可直接应用的扩散系数和标度定律。
2023-07-07 astro-ph.EP cond-mat.soft
Dynamic Phases, Clustering, and Lane Formation for Driven Disk Systems in the Presence of Quenched Disorder
我们数值研究了二维单分散排斥盘在随机淬火无序驱动下的动力学相和斑图形成。我们发现，有一系列不同的动态制度作为一个功能的增加驱动器，包括一个堵塞或堆积相附近脱钉，一个均匀的无序流动状态，和一个动态相分离制度组成的高密度的结晶区域包围的低密度的无序磁盘。在最高驱动器处，磁盘排列成一维移动通道。相分离的制度有平行的活性物质系统中观察到的相分离，并出现在磁盘系统由于非平衡涨落和密度相关的迁移率的组合。我们讨论了这个系统如何表现出显着的差异，从以前的研究驱动粒子移动随机基板的粒子，如超导涡旋或电子晶体，有较长的范围排斥相互作用，并在动态相分离和强的一维移动链效应没有观察到。我们考虑的系统可以通过实验实现，使用空间相互作用的胶体驱动随机钉扎阵列或准二维颗粒物质流过粗糙的景观。
2016-08-15 cond-mat.soft
Close packing density of polydisperse hard spheres
在3D中各向同性地填充相等大小的球体的最有效方法被称为随机紧密堆积状态，这为物理和工程中的许多近似提供了起点。然而，真实颗粒材料的粒度分布从来不是单分散的。在这里，我们提出了一个简单而准确的近似随机紧密堆积密度的硬球的任何尺寸分布，映射到一个一维的问题的基础上。为了验证这一理论，我们进行了广泛的模拟与流体动力学摩擦的弹性球的混合物。模拟结果表明，一般（但弱）的最终（基本上是硬球）的堆积密度对流体粘度和颗粒尺寸的依赖性，但这可以通过选择一个特定的质量和颗粒尺寸之间的关系，使随机紧密堆积的体积分数定义良好，以消除。我们的理论与双分散，三分散和对数正态分布的模拟吻合得很好，并正确地再现了大尺寸比的精确极限。
2009-12-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
