Equilibrating temperature-like variables in jammed granular subsystems
虽然堵塞的颗粒系统是非热的，已经提出了几个类似的描述，使定量预测系统内的体积和应力的分布，并提供了相应的类似温度的变量。我们进行实验的装置，旨在产生大量的独立的，拥挤的，二维的配置。每种结构都由单层光弹性圆盘组成，由一层温和的空气支撑。通过一系列的边界位移交替地膨胀和重新压缩系统，产生新的配置。在每种配置中，颗粒浴围绕具有与浴不同的颗粒间摩擦系数的较小颗粒子系统。光弹性粒子的使用使我们能够找到所有粒子的位置以及每个粒子间接触的矢量力。通过比较两个系统中的类温度量，我们发现紧度（共轭的体积）不平衡的系统之间，而angoricity（共轭的应力）。这两个独立的组成部分的angoricity是线性依赖于静水压力，与预测的应力合奏。
2012-07-31 cond-mat.soft
Divergence of Viscosity in Jammed Granular Materials: A Theoretical Approach
本文借助于非平衡稳态分布函数，发展了一种堵塞颗粒物质的理论。在弱耗散区，利用弛豫时间给出了近似的非平衡稳态分布函数。该理论与分子动力学模拟在堵塞点以下粘度临界行为的结果在定量上是一致的，而无需引入任何拟合参数。
2015-08-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A basis for the statistical mechanics of granular systems
本文旨在证明使用统计力学工具的情况下，系统是不平衡和堵塞。具体来说，我们推导出一个玻尔兹曼方程的堵塞颗粒系统，并表明，玻尔兹曼的分析可以用来产生一个“第二定律”，$\dot{S}\ge 0$堵塞系统。我们强调了物理学这一领域的基本问题，并指出了表征粒子包装的关键量，通过一种新的实验方法，我们也在这里提出。
2005-03-02 cond-mat.soft
Stress relaxation for granular materials near Jamming under cyclic compression
研究了半二维颗粒材料在循环压缩下的各向同性堵塞状态。在每个压缩循环中，相同椭圆或双分散盘的系统在堵塞和未堵塞状态之间转换。我们确定的平均压力，P和结构的演变，通过连续的堵塞状态。我们观察到一个过渡点，P，在此之上，P持续许多周期;低于P，P缓慢松弛。与P相关的弛豫时间尺度随着填充分数的增加而增加，而集体粒子运动的弛豫时间尺度保持不变。由于椭圆粒子的旋转约束，椭圆的集体运动与圆盘相比受到阻碍。
2013-09-27 cond-mat.soft
Shear jammed, fragile, and steady states in homogeneously strained granular materials
利用一种新型的多环底库埃特剪切装置，研究了颗粒材料剪切时的堵塞相图。该装置使用小的基础摩擦力施加体积守恒的线性剪切，没有剪切带的颗粒系统组成的摩擦光弹性盘。由于其圆形几何形状，该装置可以产生任意大的剪切应变，并且剪切方向可以反转，使我们能够测量区分剪切堵塞和脆弱状态的特征。我们报告系统的测量应力，应变和接触网络结构的相边界，已难以访问由传统的实验技术，包括屈服应力曲线和堵塞曲线接近$ϕ_{SJ}\approx 0.74$，最小的包装分数支持剪切堵塞状态。我们观察到脆性状态下产生的大剪切应变范围内的$ϕ< ϕ_{SJ}$。我们还发现了一个过渡的准静态稳定流的特点，围绕$ϕ_{SJ}$的产量曲线作为包装分数的函数。在$ϕ_{SJ}$附近，平均接触数、组构各向异性和非振子分数都表现出斜率的变化。在$ϕ_{F}\approx 0.7$以上，稳定流动显示出与基础线性剪切剖面的可测量偏差，在$ϕ_c\approx 0.78$以上，流动局限于剪切带中。
2019-08-14 cond-mat.soft
Fluctuations in Shear-Jammed States: A Statistical Ensemble Approach
颗粒物质在热平衡之外存在，即它是无热的。虽然传统的平衡统计力学是没有用的颗粒材料的特性，构建一个类似于其平衡对应的统计系综来描述静态颗粒物质的想法是由爱德华兹和Oakshott在二十多年前提出的。近年来，这个想法已经有了几个实施。其中之一是应力系综，这是基于力矩张量的属性，并适用于摩擦和无摩擦颗粒。我们证明了这种统计框架在剪切堵塞（SJ）实验状态[1，2]中的全部效用，这是一类由纯剪切产生的特殊颗粒固体，这是一种用于创建固体的严格非平衡协议。我们表明，应力系综提供了一个很好的定量描述的波动实验SJ状态。我们表明，应力波动是由一个单一的张量控制：系统的angoricity，这是一个直接模拟的热力学温度。SJ状态在局部应力中表现出显着的相关性，因此本质上不同于密度驱动的各向同性堵塞（IJ）状态。
2013-02-27 cond-mat.soft
Rattler-induced aging dynamics in jammed granular systems
当形成能够抵抗所施加的应力的接触力网络时，颗粒材料堵塞。通过对干扰过程动力学的数值模拟，证明了当干扰系统的动能为零时，干扰过渡并不发生。相反，当系统堵塞时，动能被在笼子里散开的响尾蛇粒子所支配。动能的松弛在堵塞的配置表现出双幂律衰减，我们解释的骨干和响尾蛇粒子之间的相互作用。
2017-11-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The jamming transition is a k-core percolation transition
我们解释的结构起源的干扰过渡堵塞物质的突然出现的k-核心在精确的配位数，这是不相关的均衡点，但突然出现的3-和4-核心的k-核心渗流理论。在转变时，k-核心变量冻结，并且k-核心主导刚性的外观。令人惊讶的是，3-D模拟结果可以解释的结果平均场k-核心渗流的Erdos-Renyi网络。也就是说，有限维的过渡似乎可以用无限维的k-核来解释，这意味着堵塞包的结构与完全随机的网络是相容的。
2018-04-20 cond-mat.soft
Constitutive Relations of Jammed Frictionless Granular Materials under Oscillatory Shear
本文采用离散元方法，数值研究了无摩擦堵塞颗粒材料在振荡剪切作用下的流变特性。结果表明，颗粒的剪应力和剪应变之间的本构关系强烈地依赖于振荡剪切的振幅和频率。对于小振幅区域，颗粒材料表现为Kelvin-Voigt模型表征的粘弹性材料，而对于大振幅区域，颗粒材料表现为屈服应力液体。我们发现，在大振幅振荡剪切作用下，颗粒的流变行为可以用唯象的本构模型来描述。
2013-03-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Edwards Statistical Mechanics for Jammed Granular Matter
在1989年，山姆·爱德华兹爵士提出了一个有远见的建议，使用类似于热平衡统计力学的等概率堵塞状态的体积系综来处理堵塞的颗粒材料，尽管它们具有固有的非热特性。从那时起，统计力学的方法堵塞的物质已经获得了大量的关注，由理论家和实验学家。在这里，我们回顾了一个系统的方法来堵塞的问题的基础上爱德华兹统计力学合奏。我们讨论了基于体积函数的微正则系综和正则系综的构造，它取代了阻塞系统中的哈密顿量。在各个层次的近似方案的重要性，强调导致合奏平均数量，如包装分数和接触力分布的定量预测。概述了阻塞状态的现象学和实验，模拟和理论模型，仔细检查强假设爱德华兹的方法，包括最近的结果表明爱德华兹遍历假设的有效性阻塞状态。讨论了组成颗粒范围从球形到非球形（如二聚体、聚合物、椭圆体、球柱体或四面体）、硬颗粒和软颗粒、摩擦颗粒、无摩擦颗粒和粘性颗粒、任何尺寸的单分散颗粒和多分散颗粒的包装的理论框架，提供了对所有堵塞物质统一相图的见解。此外，还建立了Edwards系综亚稳堵塞态与自旋玻璃亚稳性之间的联系。这突出表明，包装问题可以被理解为一个约束满足问题排除体积和力和扭矩平衡导致爱德华兹合奏之间的统一框架的等概率堵塞状态和平衡自旋玻璃。
2017-10-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Interacting jammed granular systems
30多年前，爱德华兹及其合作者提出了一个模型，通过等概率堵塞状态的集合来描述颗粒包装的统计数据。到目前为止，对这一模型的实验测试仍然很少。我们介绍了一个简单的系统来分析堵塞的颗粒系综的统计特性，以测试爱德华兹理论。在实验和数值模拟中研究了几乎二维几何约束中的相同球体。当轻敲时，系统向基态演化，但由于不相容的畴结构，它被捕获。分析计算再现我们的模拟结果相对较好，这使我们能够测试爱德华兹理论的耦合系统的两个子系统具有不同的属性。我们发现，关节系统只能描述爱德华兹理论，如果考虑作为一个单一的系统，由于在应力的约束。结果表明，在耦合系统中的序参量的变化是相反的，从紧凑性的变化所预期的反直观的效果。
2021-04-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Topological boundary modes in jammed matter
处于干扰过渡的颗粒物质处于机械稳定的边缘，因此这些随机系统可能具有拓扑保护的表面声子。研究两个模型系统堵塞的物质，我们发现，表现出不同的机械拓扑类，保护表面模式，无处不在的Weyl点的状态。边界模式的详细统计数据，使测试的干扰过渡的详细功能的标准理解，并表明，部分这一论点是无效的。
2016-06-23 cond-mat.soft
Cohesion-induced hysteresis and breakdown of marginal stability in jammed granular materials
Institute of Science and Engineering, Shimane University（岛根大学理工学研究科）；Department of Applied Physics, Tokyo University of Science（东京理科大学应用物理系）；Graduate School of Arts and Sciences, The University of Tokyo（东京大学大学院人文社会系研究科）
研究黏性颗粒材料在压缩和卸载时剪切模量的滞后效应及临界稳定性破坏，揭示压力非唯一状态变量及黏性相互作用对稳定性的影响。
2026-04-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Ultra-stable shear jammed granular material
干燥的颗粒状材料，如沙子、砾石、药丸或农业谷物，在压缩或剪切时会变硬。在低密度下，人们可以在不遇到任何阻力的情况下扭曲颗粒材料容器的形状。在各向同性压缩下，材料将达到一定的{ \it堵塞}密度，然后抵抗进一步的压缩。当剪切阻力在低于堵塞密度的密度下出现在系统中时，会发生{ \em剪切堵塞}，并且这种状态的弹性特性对工业和地球物理过程具有重要意义。我们报告的剪切堵塞颗粒材料的机械性能的变化进行小振幅，准静态循环剪切的实验观察。我们研究了一层塑料圆盘局限于剪切细胞，用光弹性测量测量所有粒子间的矢量力。对于足够小的循环剪切振幅和足够大的初始剪切，材料发展到一个意想不到的“超稳定”状态，其中所有的颗粒位置和颗粒间的接触力保持不变后，每个完整的剪切循环数千个周期。与原始剪切堵塞状态相比，这些状态对小的外加剪切的应力响应接近弹性。
2022-06-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hierarchical and ultrametric barriers in the energy landscape of jammed granular matter
Peking University（北京大学）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
研究通过数值方法探索颗粒物质在阻塞转变附近能量景观的分层和超度量特性，揭示了能量障碍的无标度分布及超度量空间特征。
2025-12-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Energetic Instability Unjams Sand and Suspension
干扰是一种发生在各种系统中的现象，如交通、胶体悬浮物和颗粒物质。本文提出了卡紧状态下的可逆弹性形变理论。首先，一个明确的颗粒应力应变关系，捕捉许多相关的功能，特别是包括库仑屈服面和三阶堵塞过渡。然后，这种方法是广义的，并考虑堵塞的磁流变液和电流变液，再次产生的结果，以及比较实验和模拟。
2004-07-21 cond-mat.soft
Compacting an assembly of soft balls far beyond the jammed state: insights from 3D imaging
本文利用三维成像实验方法研究极软颗粒组装体在远超堵塞状态下的压缩行为，通过追踪局部应变能揭示其从颗粒状到连续状材料的转变，并验证了描述压实过程的理论框架。
2023-05-31 cond-mat.soft
The contact percolation transition
典型的准静态压缩算法用于产生无热的、纯排斥性颗粒的堵塞填充物，其开始于稀释配置，然后施加连续的压缩，其中在每个压缩步骤之间允许弹性能量的松弛。众所周知，在各向同性压缩过程中，具有纯排斥相互作用的非热系统在填充分数$ϕ_J$处经历从具有零压力的未堵塞状态到具有非零压力的堵塞刚性状态的堵塞转变。使用广泛的计算机模拟，我们表明，一种新的二阶过渡，接触渗滤过渡，这标志着形成一个系统跨越集群的相互接触的粒子，发生在$ϕ_P < ϕ_J$，之前的干扰过渡。通过测量动力学矩阵的非松弛模式的数量，以及压缩后的位移场和随时间变化的压力，我们发现接触渗流转变也预示着对施加应力的复杂时空响应的开始。因此，高度异质性，合作，和非仿射粒子运动发生在unjammed系统显着低于干扰过渡$ϕ_P < ϕ< ϕ_J$，而不仅仅是与$ϕ> ϕ_J$的堵塞系统。
2011-10-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Absence of `fragility' and mechanical response of jammed granular materials
我们进行分子动力学（MD）模拟的摩擦非热粒子驱动的外部施加的剪切应力。在系统堵塞后的瞬态流，我们探测其机械响应，以澄清是否产生固体是“脆弱的”。我们发现系统的弹性和各向同性的剪切应力的小扰动，这表明没有脆弱性。这些结果被解释的耗散系统的能量景观。对于相同的值的控制参数，我们检查系统的行为在一个应力周期。增加的最大应力值，从一个粘弹性的过渡到塑性政权进行观察。
2012-02-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Particle-scale origin of quadrupolar non-affine displacement fields in granular solids
Yale University（耶鲁大学）；The City College of The City University of New York（纽约市立学院）
研究揭示了颗粒固体中非仿射位移场的四极起源，通过Eshelby等效包含方法重构了由局部刚度不匹配引起的位移场。
2025-09-24 cond-mat.soft
Coherent force chains in disordered granular materials emerge from a percolation of quasilinear clusters
致密颗粒材料和其他颗粒聚集体传递应力的方式掩盖了它们的微观结构紊乱。颗粒接触网络的子集是惊人的连贯性，其中接触几乎线性排列并传递大的力。重要的材料属性与这些力链有关，但它们的起源仍然是一个谜。我们分类子网络的线性连接，并显示出现的渗流过渡在一个临界线性网络是稀疏的，连贯的，并包含力链。临界线性子网络反映了宏观应力，解释了颗粒力学的独特特征。
2019-07-05 cond-mat.soft
Structural transitions in jammed asymmetric bidisperse granular packings
本研究通过接触取向序参数分析非对称双分散颗粒堆积，发现堵塞时发生结构转变，且双分散体系具有局部HCP和FCC有序结构，有助于理解颗粒排列对堆积强度的影响。
2023-05-03 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Jet-induced jammed states of granular jet impacts
数值研究了颗粒射流对二维有摩擦颗粒和无摩擦颗粒的冲击。在冲击过程中出现了一个带有死区的稠密流。从我们的二维模拟，我们评估的状态方程和本构方程的流动。在无摩擦情况下，压力和切应力的渐近发散与堵塞转变附近的情况相似，但其指数小于剪切颗粒系统的指数，且接近于动力学理论的外推结果.与摩擦颗粒的堵塞类似，临界密度随着颗粒摩擦常数的增加而减小。对于双分散体系，定义为剪切应力与法向应力之比的有效摩擦常数随着应变率的增加从接近零开始单调增加。另一方面，对于单分散体系，由于结晶态和液态的共存，有效摩擦常数具有两个亚稳分支。
2013-08-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Granular Collapse as a Percolation Transition
非弹性崩溃是在一个二维系统中发现的非弹性硬盘之间的两个壁，作为能源。当恢复恢复系数降低时，在包含小塌陷簇的状态和由大塌陷簇主导的状态之间存在过渡。这种转变类似于渗流转变。在转变处，大小为s的簇的数目n_s按$n_s \sim s^{-τ}$与$τ\approx 2.7$的比例缩放。
1999-09-17 cond-mat.soft
Observation of strain-rate softening behavior in jammed granular media
通过三轴试验和有限元模拟，研究发现堵塞颗粒介质中存在应变率软化行为，其主要机制是颗粒表面摩擦系数随应变率增加而降低，且围压通过调控法向应力影响该行为。
2024-04-30 cond-mat.soft physics.app-ph
Conduction in jammed systems of tetrahedra
控制复合材料微结构中的输运过程对于开发用于各种储能应用的高性能功能材料至关重要。传导的基本过程及其通过操纵颗粒复合属性（例如，颗粒形状）是这项工作的主题。我们发现，非热堵塞包装的超短程有序四面体表现出根本不同的传导途径比那些在致密的球体包装。高电阻的颗粒收缩和几个面对面的晶粒之间的接触，导致从平均温度场的短程扭曲。因此，“颗粒”或微分有效介质理论预测的导电性，该介质在10%以内的干扰点，相反，强增强运输附近的颗粒间的接触，在填充球复合材料的导电性发散的干扰发病的结果。预计这些结果将与纳米材料的开发特别相关，其中纳米颗粒构建块可以呈现出各种多面形状。
2012-06-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Robust Critical Connectivity Threshold in Ranked Percolation of Granular Packings
本文研究颗粒堆积中由接触数驱动的排序逾渗，发现每个颗粒的烧结桥临界数量比已连接颗粒比例更具鲁棒性，并通过模拟和平均场方法将其归因于接触空间分布，为理解空间网络抗攻击性提供启示。
2025-05-08 cond-mat.soft
Slow Dynamics and the Geometry of Jammed Packings
University of Oregon（俄勒冈大学）
本研究比较颗粒堆积与p-自旋模型的最速下降路径，发现颗粒堆积受鞍点吸引且形状参数不变，而p-自旋参数更大，差异原因成谜。
2026-09-11 cond-mat.soft
Void distributions reveal structural link between jammed packings and protein cores
球状蛋白核心中疏水残基的密集堆积决定了它们的稳定性。最近，我们已经表明，蛋白质核心具有填充分数$ϕ\approx 0.56$，这是相同的密集，随机堆积的氨基酸形状的颗粒。在这篇文章中，我们比较了蛋白质核心和堵塞包装的氨基酸形状的颗粒在更大的深度，通过测量其本地和连接的空隙区域的结构特性。我们发现，在这两个系统中的表面Voronoi细胞体积和局部孔隙率的分布服从相似的统计。我们还测量的概率，可访问的，连接的空隙区域作为一个功能的球形探针粒子的大小渗透，并表明这两个系统具有相同的临界探针大小。通过测量临界指数$τ$，我们发现在氨基酸颗粒和蛋白质核的堆积中的空隙渗流属于同一普适类，这不同于在堵塞的球形堆积中的空隙渗流.我们建议，蛋白质的连接空隙区域是蛋白质的定义特征，并且可以用于区分实验观察到的蛋白质与使用计算蛋白质设计软件生成的诱饵结构。这项工作强调，堵塞包装的氨基酸形状的颗粒可以作为蛋白质核心的结构和机械类似物，因此可能是有用的，在模拟蛋白质核心的响应腔扩大和减少突变。
2018-10-31 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Ultra-long range correlations of the dynamics of jammed soft matter
我们使用光子相关成像，最近推出的空间分辨动态光散射方法，调查各种堵塞和玻璃软材料的动态的空间相关性。引人注目的是，我们发现，在深堵塞的软材料的动力学的空间相关性是相当普遍的超长范围，延伸到系统的大小，数量级大于任何相关的结构长度尺度，如粒径，或胶体凝胶系统的筛目尺寸。这必须与分子、胶体和颗粒状"过冷“流体的情况形成对比，在这些情况下，动力学的空间相关性最多延伸到几个粒子上。我们的研究结果表明，系统动力学中的超远程空间相关性与弹性的起源直接相关。虽然具有熵弹性的固体状系统表现出非常适度的相关性，但由于应变在整个接触网络中的有效传输，具有非线性弹性的系统表现出超长范围的相关性。
2010-06-29 cond-mat.soft
Force networks and the dynamic approach to jamming in sheared granular media
发散的相关长度上的任何一方的堵塞过渡制定的流变模型的颗粒剪切流，应力通过力链网络的传播的基础上。该模型预测了三种不同的流态，其特征在于剪切速率依赖的应力张量，已在模拟和实验中观察到。分离的流动状态的边界是定量确定的和可测试的。在堵塞的颗粒固体的限制，该模型预测所观察到的异常缩放的剪切模量和屈服时的剪切应变的新关系。
2006-12-28 cond-mat.soft
Critical scaling for dense granular flow between parallel plates near jamming
本研究数值考察平行板间致密颗粒材料在阻塞转变附近的外力驱动流动，基于连续介质模型预测并验证临界力与质量通量的标度律。
2024-03-01 cond-mat.soft
An intermediate phase between jammed and un-jammed amorphous solids
该研究针对二维颗粒系统的阻塞态，发现其中存在第二种相变，可区分四极屏蔽的准弹性高填充相和偶极屏蔽的反常力学松散阻塞相，该转变类似二维晶体熔化的中间六方相。
2023-05-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Fine particle percolation in a sheared granular bed
本研究通过离散元法模拟探究剪切颗粒床中细颗粒渗流速度随剪切速率、粒径比的变化规律，明确了自由筛选阈值上下不同的渗流速度演化机制及细颗粒激发的抑制作用。
2023-10-08 cond-mat.soft
Universality Classes for Force Networks in Jammed Matter
我们研究了一些简单的颗粒堆积模型中力的几何性质。几何形状中所包含的信息与单个颗粒间接触中的力分布中的信息是互补的，后者被更广泛地研究。我们提出了一种方法，专注于力网络的分形性质，并找到很好的证据尺度不变性。该方法使我们能够区分普适类的关键指数。该方法可应用于其他非热干扰系统中的力网络。
2005-10-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Jammed disks of two sizes in a narrow channel
一个颗粒物质模型的精确解决，两个大小和重量交替序列的磁盘被限制在一个狭窄的通道。通道的轴线是水平的，其平面是垂直的。磁盘大小和通道宽度是这样的，在卡住没有磁盘保持松散，所有磁盘接触一个壁。被干扰的微观状态的特征在于通过统计相互作用的粒子构造出两个磁盘瓦片。被干扰的宏观状态取决于膨胀功、引力势能和干扰前随机扰动的强度。构型熵对超额体积的依赖性存在一个临界点。
2020-11-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Robust Prediction of Force Chains in Jammed Solids using Graph Neural Networks
力链是一种承载大应力的准线性自组织结构，普遍存在于颗粒材料、泡沫、乳液甚至细胞组装体等堵塞的非晶材料中。预测它们在机械变形时将在哪里形成对于描述这些材料的物理特性至关重要，但仍然是一个悬而未决的问题。在这里，我们证明了图神经网络（GNN）可以准确地推断出这些力链在无摩擦材料中的位置，从变形前的局部结构，而无需接收任何有关颗粒间力的信息。一旦在原型系统上训练，GNN预测精度被证明对填充分数、混合物组成、变形量和相互作用势的形式的变化具有鲁棒性。GNN也是可扩展的，因为它可以预测的系统比那些它是训练上。我们的结果和方法将感兴趣的颗粒物质和堵塞的无序系统的实验实现，例如，在力链的直接可视化是不可能的情况下，或接触力不能测量。
2021-05-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Conching chocolate: A prototypical transition from frictionally jammed solid to flowable suspension with maximal solid content
将10-50μm初级颗粒的粉末混合到液体中以形成具有尽可能高的固体含量的分散体是常见的工业操作。建立在这种“颗粒分散体”的流变学的最新进展，我们研究了这样的粉末掺入的一个典型的例子：conching的巧克力，其中一个均匀的，流动的悬浮液是从颗粒，甘油三酯油和分散剂的不均匀混合物制备。研究简化配方的流变学，我们发现，输入的机械能和分阶段添加的表面活性剂相结合，以实现相当大的转变，堵塞的体积分数的系统，从而增加了最大可流动的固体含量。我们讨论了这种转变的可能的微观起源，并建议巧克力conching使无处不在的粉液混合类。
2019-05-06 cond-mat.soft
Effective General Relativistic Description of Jamming in Granular Matter
我们在这里提出，某些观测功能的颗粒物质在红外线的限制，表现出的现象{ \it干扰}，产生于一个潜在的有效的广义相对论的描述。该建议源于假设（我们证明在物理基础上），颗粒物质中的颗粒在{ \it有效}弯曲的黎曼空间中自由运动。在干扰开始时，他们的轨迹的终止是从这样的空间中的测地线的收敛同余的聚焦获得的，作为这样的同余的Raychaudhuri方程的解。不管曲率是否来源于外部应力（通过有效的爱因斯坦方程），这都可能发生，尽管在两种情况下所得的堵塞状态解的性质确实不同。这种几何方法的一个明确的预测是，在达到堵塞状态时，那些相互扭曲的轨迹所起的负面作用。颗粒相互作用的局部对称性、平移和旋转不变性（对应于标准基于力的干扰方法中的“力平衡”和“扭矩平衡”）是有效的广义相对论框架所固有的。最近提出的有效弹性模型的堵塞状态，基于张量的标准静电（矢量电荷理论）的变体，被认为是完全包含在线性化版本的有效的广义相对论的描述。
2021-08-27 cond-mat.soft gr-qc
Characterization of Void Space, Large-Scale Structure, and Transport Properties of Maximally Random Jammed Packings of Superballs
颗粒的致密无序堆积是物质、生物系统、粒状介质和胶体系统的低温无定形相的有用模型。非球形颗粒的密堆积的研究使人们能够确定旋转自由度如何影响堆积行为。在这里，我们研究超级球，一个大家庭的变形的领域，定义在三维空间的$|x_1|^{2p}+|x_2|^{2p}+|x_3|^{2p}\leq1$，其中$p>0$是一个变形参数，表示到什么程度的形状偏离一个领域。随着$p$从球点（$p=1$）增加，超级球达到立方对称，当$p<1$。超级球填料的先前表征已经表明，它们具有最大随机堵塞（MRJ）状态，其性质（例如，填充分数$ϕ$）随着$p$偏离1而非解析地变化。在这里，我们使用事件驱动的分子动力学算法产生MRJ超级球包装。我们通过研究它们的结构因子和谱密度的小$Q$行为来表征它们的大尺度结构，这表明这些填充是有效的超均匀的。我们表明，平均宽度$\bar{w}$是一个有用的长度尺度，使距离无量纲，以系统地比较不同形状的超级球。我们还计算了互补的累积孔径分布$F(δ)$，发现孔径随着$|1-p|$的增加而减小。从$F(δ)$，我们估计的流体渗透性，平均存活时间，和主要的扩散松弛时间的填料。此外，我们计算了扩散的可展性，发现长时间的幂律标度表明这些填充是超均匀的。我们的研究结果可以用来帮助通知颗粒材料的设计与目标密度和运输性能。
2022-05-06 cond-mat.soft
Universal Robotic Gripper based on the Jamming of Granular Material
抓取和保持物体是机器人的关键任务。然而，开发能够拾取形状和表面特性变化很大的不熟悉物体的通用夹具仍然具有挑战性。大多数当前的设计是基于多指手，但这种方法引入了硬件和软件的复杂性。这些包括大量的可控关节，如果要安全地处理物体而不压碎它们，则需要力感测，以及计算开销来决定每个手指应该施加多少应力以及在哪里。在这里，我们展示了一个完全不同的方法来通用夹具。单个手指被一团颗粒状材料取代，当按压到目标物体上时，颗粒状材料围绕目标物体流动并符合其形状。在施加真空时，颗粒状材料迅速收缩和硬化，以夹紧和保持物体，而不需要感觉反馈。我们发现，小于0.5%的体积变化足以可靠地抓住物体，并以超过其重量许多倍的力握住它们。我们表明，其工作原理是颗粒材料在未堵塞、可变形状态和具有固体般刚性的堵塞状态之间转变的能力。我们描绘了三个独立的机制，摩擦，吸力和联锁，有助于夹紧力。使用一个简单的模型，我们将它们中的每一个与卡住状态的机械强度相关联。这为设计简单但高度适应系统开辟了新的可能性，这些系统擅长快速抓取复杂物体。
2010-11-05 cond-mat.soft
Percolation study for the capillary ascent of a liquid through a granular soil
毛管上升在洪水区的道路铺设中起着至关重要的作用，在洪水区，疏水性化合物被添加到土壤中以抑制水的上升并避免可能的路面损坏。水通过液桥、毛细桥和三聚体上升，其宽度和连通性取决于颗粒间毛细桥的最大半长λ。低λ产生断开结构，到处都是小簇。相反，对于高λ，产生三聚体和封闭体积的聚集，其形成毛细管上升的自然路径。据此，我们研究了这种几何结构在随机密堆积的单分散球颗粒介质上随λ变化的渗流转变。我们确定了逾渗转变的临界阈值λ c =（0.049 \pm 0.004）R（R为颗粒球的半径）和临界关联长度指数ν =（0.830 \pm 0.051），表明该逾渗转变属于普通逾渗的普适类。
2016-10-31 cond-mat.soft physics.comp-ph
Edwards entropy and compactivity in a model of granular matter
制定一个统计力学颗粒物质仍然是一个重大的挑战，部分原因是由于与一个完整的表征所研究的系统的困难。我们提出了一个充分表征的模型组成的颗粒状材料的$N$二维，无摩擦，硬盘，硬壁之间的限制，包括一个完整的枚举所有可能的卡住的结构。我们表明，堵塞的填料的属性是独立的系统内的缺陷的分布，所有的填料是均衡的。这表明等体积态等概率的假设，这提供了一种可能的方法来构建一个微正则系综的等效，很可能是我们的模型。热力学第二定律的应用，涉及两个子系统的接触表明，预期的自发平衡的缺陷之间的两个是伴随着熵的增加和平衡，通过熵最大化，其特征在于由压实的平等。最后，我们探讨了该系统的正则系综的等价性质。
2011-02-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Shear response of granular packings compressed above jamming onset
研究了无摩擦、排斥的球形颗粒在受到各向同性压缩时的力学响应。软颗粒模型的先前模拟，其中排斥相互作用在颗粒间重叠中按幂律缩放，指数为$α$，已经发现整体平均剪切模量$\langle G \rangle$随着压力$P$增加，在大压力下为$\sim P^{(α-3/2)/(α-1)}$。然而，对这种标度行为缺乏深入的理论理解。我们表明，无摩擦，球形颗粒的堵塞包装的剪切模量有两个关键的贡献：1）连续变化的压力沿几何家庭的函数，其中颗粒间的接触网络不改变，和2）不连续的跳跃在压缩过程中所产生的接触网络的变化。我们发现，剪切模量的第一个几何家庭堵塞填料可以崩溃到一个主曲线：$G^{(1)}/G_0 = (P/P_0)^{(α-2)/(α-1)} - P/P_0$，其中$P_0 \sim N^{-2(α-1)}$是一个特征压力，分开两个幂律标度区域和$G_0 \sim N^{-2(α-3/2)}$。当接触网络中的变化附近存在显著的非仿射粒子运动时，可能会发生与这种形式的偏差。我们进一步表明，$\langle G (P)\rangle$不是简单的两个幂律的总和，但$\langle G \rangle \sim (P/P_c)^a$，其中$a \approx (α-2)/(α-1)$在$P \rightarrow 0$限制和$\langle G \rangle \sim (P/P_c)^b$，其中$…
2020-09-24 cond-mat.soft
Force chains and networks: wet suspensions through dry granular eyes
剪切增稠悬浮液流变学的最新进展表明堵塞下的（湿）悬浮液流动与（干）颗粒物理之间存在关系。为了探索这种连接，我们模拟的接触力网络的悬浮液中的非布朗球使用离散元方法（DEM），改变颗粒摩擦系数和体积分数。我们发现，在这些悬浮液中的力网络表现出定量的相似性，在堵塞的干谷物。由于悬浮液接近堵塞点，在堵塞的外推体积分数和配位数是相似的各向同性压缩球获得的临界值。同样，在流动的悬浮液中的接触力的分布的形状是非常相似的颗粒填料中发现的，这表明潜在的改进分析平均场模型的流变学剪切增稠悬浮液。
2019-04-05 cond-mat.soft
Bulk Modulus along Jamming Transition Lines of Bidisperse Granular Packings
通过三维离散元模拟，研究了双分散颗粒堆积的堵塞密度和体积模量随尺寸比及小颗粒浓度的变化，发现体积模量在最大堵塞密度处跳变，小颗粒堵塞影响系统内部阻力，为调节体积模量等性质提供依据。
2022-11-17 cond-mat.soft
Phase transition in peristaltic transport of frictionless granular particles
对管内蠕动驱动的耗散颗粒流动进行了数值研究。当蠕动管的最小宽度小于某一临界值时，通过对质量流量的观测，发现蠕动管中存在由慢速非堵塞流向快速堵塞流的过渡。过渡时间的平均值和波动值以及质量通量二阶矩的峰值在临界点处均呈幂律发散，且在临界点附近满足标度关系。临界宽度和指数的蠕动速度和密度的依赖关系进行了讨论。
2012-02-28 cond-mat.soft
Jamming in granular hopper flow
采用大规模三维分子动力学模拟对漏斗流进行了模拟。系统的流速由底部的孔的宽度控制。随着稳态流率的减小，力分布$P(f)$仅略微变化，而脉冲分布$P(i)$变化很大。在这两种情况下，随着系统接近干扰，分布显示出小力或脉冲的增加，这与之前的Lennard-Jones模拟相反。对于随着时间从流动状态转变为堵塞状态的料斗，这也动态地发生。最终堵塞的$P(f)$与相同几何形状的灌注填料$P(f)$截然不同。$P(i)$的变化是接近干扰的强得多的指示。在平均力下在$P(f)$中形成峰值或平台不是堵塞方法的一般特征。
2005-06-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Connecting shear localization with the long-range correlated polarized stress fields in granular materials
非晶态固体中一个长期存在的难题是剪切局部化，其中局部塑性形变涉及在几个颗粒间距离的小区域中的合作颗粒重排，自组织成剪切带并最终导致材料失效。了解非晶态固体的结构和动力学之间的联系在物理学、材料科学、岩土工程和土木工程以及物理学中是必不可少的。在这里，我们展示了剪切局部化和内部应力在各向同性堵塞的颗粒材料受到剪切的内在结构之间的深层联系。具体来说，我们发现强（反）之间的相关性的微剪切带和两个极化应力场沿两个方向的最大剪切。通过探讨力网络的张量特征和旋转对称性，我们揭示了这种深刻的联系是剪切对称破缺的结果。最后，我们提供了坚实的实验证据长程相关的固有剪应力在各向同性堵塞颗粒系统。
2020-09-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci 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
Evolution of Internal Granular Structure at the Flow-Arrest Transition
采用组构张量描述颗粒材料的内部接触和力网络，研究了颗粒材料在剪切停止和剪切流动状态下内部颗粒结构的演化。当摩擦颗粒的稀释系统受到恒定的压力和剪切应力，体积应力比是很好的预测从其接触和力网络的各向异性在瞬态流之前稳定的剪切流或剪切制动。虽然发病的剪切制动是一个随机过程，逮捕时的织物张量分布在几乎相等的贡献力和接触网络各向异性的体积应力比。随着系统规模的增加，分布似乎变得更窄。在剪切制动状态下的接触网络的各向异性是令人想起的剪切堵塞填料中观察到的织物各向异性。
2020-05-19 cond-mat.soft
Ordering According to Size of Disks in a Narrow Channel
研究通过可调协议控制狭窄通道中两种大小盘的混合与分离，揭示了能量参数对盘尺寸混合的影响及破缺对称性的表现。
2025-07-09 cond-mat.soft
Dynamic shear jamming in dense granular suspensions under extension
与干燥的颗粒物质不同，像玉米淀粉这样的致密颗粒悬浮体在水中可以强烈抵抗拉伸流动。在低延伸率下，这样的悬浮液表现得像粘性液体，但是快速延伸导致应力远远超过润滑流体动力学和毛细作用的预测的响应。为了理解这种显着的机械响应，我们实验测量的法向力所赋予的一个板上的悬浮液的大部分垂直向上移动在一个控制的速度。我们观察到，在速度阈值以上，峰值力增加了几个数量级。使用快速超声成像，我们绘制出的悬浮液内的局部速度分布，揭示了快速扩展下形成的不断增长的堵塞区域。该区域通过强烈的速度梯度与容器的刚性边界相互作用，这表明与最近提出的剪切堵塞机制有直接联系。
2016-12-09 cond-mat.soft
