Granular flow through an aperture: influence of the packing fraction
在过去的50年里,颗粒材料通过孔的流动在重力驱动的垂直系统(例如筒仓和料斗)中得到了深入的研究。然而,在许多工业应用中,谷物以恒定速度水平运输,躺在传送带上或漂浮在流动液体的表面上。与由压力控制的流体流动不同,颗粒流对局部压力不敏感,而是对出口处颗粒的局部速度敏感。我们还可以预期流速取决于颗粒的局部密度。实际上,垂直系统通过重力以密集配置填充,但相比之下,在水平系统中,密度可以采取大范围的值,可能非常小,这可能显著改变流速。在本文中,我们研究,对于不同的初始包装分数,通过一个孔的单分散颗粒的水平输送带驱动恒速排放。我们报告如何,在放电过程中,填充分数被修改的出口的存在下,我们分析如何在填充分数的变化引起的流速的变化。我们观察到,填充分数的变化不影响在出口处的颗粒的速度,因此,我们建立,流速的变化是直接相关的填充分数的变化。
2014-07-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Scaling laws for frictional granular materials confined by constant pressure under oscillatory shear
本文采用数值方法研究了二维定常压力下摩擦颗粒系统在振荡剪切作用下的流变特性。发现了储能和损耗模量与缩放应变幅的几个标度律,大应变幅下塑性区的标度律可以通过接触力的角分布来理解。通过考虑物理机制,估计了标度指数。
2020-04-16 cond-mat.soft
Drag force scaling for penetration into granular media
冲击动力学测量的球形和圆柱形的许多不同密度的弹丸落在各种非粘性颗粒介质。结果进行了分析的总阻止力的惯性和摩擦阻力的贡献的材料相关的缩放。惯性阻力的大小与流体中的相似,只是它取决于内摩擦系数。摩擦阻力与颗粒介质和弹丸密度的平方根成正比,因此不能用颗粒静水压力和库仑摩擦定律的组合来解释。综合结果为先前观察到的穿透深度缩放提供了解释。
2013-05-16 cond-mat.soft
Scaling of liquid-drop impact craters in wet granular media
结合高速摄影与激光轮廓术,我们研究的动力学和形态的液滴在湿颗粒介质的冲击成坑-一个普遍存在的现象,许多重要的地质,农业和工业过程。通过系统地研究重要的变量,如冲击能量,撞击液滴的大小和颗粒床中的液体饱和度,我们发现了一种新的缩放的大小的冲击坑。我们表明,这种缩放可以解释考虑之间的平衡的碰撞液滴的惯性和冲击表面的强度。这种理论上的理解证实,独特的能量分配最初提出的液滴在干颗粒介质中的冲击成坑也适用于在湿颗粒介质中的冲击成坑。此外,我们表明,压应力,而不是剪切应力,控制颗粒的冲击坑。我们的研究丰富了一般颗粒撞击坑的图片,揭示了熟悉的现象,雨滴的颗粒介质的影响。
2015-10-27 cond-mat.soft
Plug flow and the breakdown of Bagnold scaling in cohesive granular flows
采用离散元法对粘性颗粒介质沿斜面流下的流动进行了数值模拟。以前的工作无粘性颗粒介质表明,在稳定的流动制度,其中重力能量是平衡的耗散所产生的颗粒间的力量,在流动方向上的速度分布尺度与深度的方式与Bagnold的预测一致。在这里,我们证明,这种Bagnold缩放不适用于类似的稳定流粘性颗粒介质。我们开发了一个概括的Bagnold本构关系来解释我们的观察和推测的基本物理机制负责不同的本构关系的粘性和非粘性颗粒介质。
2005-09-05 cond-mat.soft
Enhancement of the flow of vibrated grains through narrow apertures by addition of small particles
本文分析了圆形颗粒在振动作用下通过小孔的流动和堵塞问题。通过离散元方法模拟,我们表明,当晶粒小于原来的作为添加剂引入系统中,原始物种的净流量可以显着增加。此外,存在使效果最大化的添加剂颗粒的最佳半径。这一发现可能构成技术应用的基础,不仅涉及颗粒材料的流动,而且涉及活性物质,包括行人疏散。
2021-03-09 cond-mat.soft
Training, Memory and Universal Scaling in Amorphous Frictional Granular Matter
我们报告了一个联合的实验和理论研究的无定形摩擦颗粒组件的循环训练,特别注意记忆的形成和保持。介绍了耗散和紧致化的措施,最后提出了一个用于减少耗散和增加内存的标度律。这种标度律预计是通用的,不敏感的颗粒之间的弹性和摩擦相互作用的细节。
2018-01-07 cond-mat.soft
Scaling properties of granular rheology near the jamming transition
研究了由无摩擦球体组成的致密颗粒材料的流变特性。结果表明,在堵塞转变点附近,剪切应力、压力和动力学温度都服从临界标度关系,该临界点被认为是一个临界点。这些标度律有一些特殊的性质,鉴于传统的临界现象,因为指数依赖于粒子间的力模型,使他们不是普遍的。它也被发现,这些标度律意味着描述增长的相关长度的指数之间的关系。
2008-11-02 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
General scaling relations for locomotion in granular media
我们推导出一个通用的无量纲形式的颗粒运动,这是在实验和离散元法(DEM)模拟验证。该表格指导如何缩放大小,质量和驱动参数,以便在相同的颗粒介质中关联不同运动的动态行为。缩放可以通过假设侵入力产生的阻力理论(RFT)或等效地通过假设颗粒材料的行为作为一个连续体服从摩擦屈服准则。结垢的实验证实,在许多驱动条件下,在一个共同的砂床使用对各种形状和尺寸的车轮。我们讨论了为什么这两个模型提供了这样一个强大的标度律,即使他们忽略了一些颗粒流变学的复杂性。受潜在的行星际应用的启发,无量纲形式还意味着一种基于不同环境重力下的测试来预测车轮在一种环境重力下的性能的方法。我们证实这一点,使用DEM模拟,这表明,缩放关系是满足了一系列的驾驶模式,即使重力之间的缩放测试不同。
2017-03-18 cond-mat.soft
Scaling Theory of Giant Frictional Slips in Decompressed Granular Media
当压缩的摩擦颗粒介质被减压时,通常在低压下产生脆性构造。通常,这伴随着脆弱状态崩溃时的巨大摩擦滑动。我们表明,这种不稳定性是理解在理论上可计算的振幅和指数的标度理论。振幅在热力学极限范围内发散,暗示减压颗粒介质中可能存在巨大的摩擦滑动事件。这种滑移的物理讨论的概率分布函数的切向力和法向力的颗粒是高度相关的,由于库仑条件。
2018-05-27 cond-mat.soft
Power law scaling of early-stage forces during granular impact
我们的实验和计算研究的早期部队入侵者的影响与颗粒床的制度,其中的冲击速度接近颗粒力的传播速度。实验使用不同刚度的光弹性盘的2D组件,并在2D和3D中进行互补的离散元模拟。在冲击的初始阶段的峰值力和它发生的时间只取决于冲击速度,入侵者的直径,颗粒的质量密度,和颗粒的弹性模量,根据幂律标度形式,不符合庞斯莱模型,颗粒冲击理论,或附加质量模型。我们的研究结果对许多系统细节的不敏感性表明,它们也可能适用于类似材料的冲击,如泡沫和乳液。
2020-04-27 cond-mat.soft
On the use of magnetic particles to enhance the flow of vibrated grains through narrow apertures
谷物通过狭窄的缝隙的流动面临着一个非凡的挑战:堵塞。减轻堵塞影响的策略,例如使用外部振动,始终是散装物料处理机械设计的一部分。最近已经表明,减少堵塞的一种方法是使用一小部分小颗粒作为添加剂。此外,一些工作报告,自排斥磁性颗粒可以通过狭窄的孔隙流动,几乎没有堵塞,这表明这些是优秀的候选人作为“润滑”添加剂的其他颗粒材料。在这项工作中,我们研究的效果,添加自排斥磁性粒子的样品中的二维颗粒。我们发现,与直觉相反,添加的磁性颗粒不一定有助于原始物种的流动。
2021-06-28 cond-mat.soft
Local stresses in the Janssen granular column
实验研究了垂直圆柱体中颗粒材料的局部应力分布。我们使用图像相关技术来测量由颗粒施加在内壁上的力引起的容器的位移场。我们描述了一个优化过程的基础上的线性理论的弹性壳推导出这些力的分布从测量的位移场。它们对应于靠近容器内壁的颗粒材料的应力场。我们首先确认了Janssen的描述的各种实验的有效性,包括珠直径的影响和颗粒柱顶部的附加质量的效果。然后,我们应用这种方法来确定应力场在重力驱动的筒仓通过孔放电。
2013-08-27 cond-mat.soft
Forced flow of granular media: Breakdown of the Beverloo scaling
颗粒物质重力流通过小孔的Beverloo标度有两个明显的普遍特征。一方面,流速与颗粒柱的高度无关。另一方面,不太为人所知但更引人注目的是,流速对颗粒的材料特性(密度、杨氏模量、摩擦系数等)相当不敏感。我们表明,这两个通用功能丢失,如果工作是在一个高速率的系统上完成。与粘性流体相反,如果在颗粒柱的自由表面上施加恒定的压力,则在排出期间流速增加。此外,流速变得对材料性质敏感。然而,出现了一个新的通用功能:耗散功率缩放的平均压力和流量遵循主曲线的强制和非强制条件下,所有材料的性能研究。我们表明,这一特点可以解释,如果在筒仓中的颗粒流被假定为一个准静态剪切流下的$μ(I)$流变。
2020-05-14 cond-mat.soft
Granular Flows in a Rotating Drum: the Scaling Law between Velocity and Thickness of the Flow
本文研究了干颗粒物料在半满转鼓内的流动。对于几种旋转速度、滚筒尺寸和珠粒尺寸(滚筒和珠粒之间的尺寸比为47至7400)测量流动区的厚度。通过改变旋转速度,推导出每对(珠、鼓)的平均速度与流动厚度($v\sim h^m$)之间的比例关系。所获得的指数$m$并不总是等于1,以前在鼓中报告的值,而是随着系统的几何形状而变化。对于小的尺寸比,由于流动区厚度的饱和,获得高于1的指数。幂律的指数随着尺寸比而减小,导致对于高尺寸比,指数低于1。这些指数意味着干燥颗粒流在旋转滚筒中的速度梯度不是恒定的。更基本的是,这些结果表明,颗粒材料在转鼓中的流动对几何形状非常敏感,并且在这种几何形状中流动的颗粒介质的"流变性“的推导并不明显。
2006-04-19 cond-mat.soft
Shear viscosity scaling of granular suspensions across dilute to dense regimes
本文通过 DEM-LBM 恒体积剪切模拟,提出以过渡固体分数 $ϕ_d$ 统一描述非 Brownian 颗粒悬浮液在稀疏至稠密区的黏度标度。
2023-07-17 cond-mat.soft
Critical scaling and soft granular rheology of frictionless non-Brownian suspensions across jamming
Univ. Grenoble Alpes(格勒诺布尔阿尔卑斯大学);CNRS(法国国家科学研究中心);Grenoble INP(格勒诺布尔国立理工学院)
通过三维模拟研究无摩擦非布朗可变形颗粒悬浮液跨堵塞转变的流变行为,开展临界标度分析证实剪切驱动堵塞为二阶临界现象,构建流态图谱并提出软颗粒流变标度关系,实现宽范围动力学与密度区间的数据塌缩与预测。
2026-09-04 cond-mat.soft
Penetration depth scaling for impact into wet granular packings
我们目前的实验测量的渗透深度的影响球到润湿颗粒介质。我们观察到,在液体饱和的情况下的渗透深度的比例与弹丸密度,尺寸和下降的高度在一种方式与干燥的情况下观察到的缩放一致,但渗透深度到饱和填料往往较小。这一结果表明,对于所观察到的冲击能量的范围,阻止力是由床内的颗粒之间的静态接触力设定的,并且液体的存在主要用于增强这些接触力。阻止力的增强对液体分数具有复杂的依赖性,伴随着液滴高度依赖性的变化,这必须是伴随间隙中液相构象变化的结果。
2015-01-25 cond-mat.soft
Scaling of convective velocity in a vertically vibrated granular bed
实验研究了小行星表面风化层迁移的一种可能机制--颗粒对流的速度标度。为了评价颗粒对流对风化层迁移的贡献,必须揭示微重力条件下颗粒对流的速度。虽然在实验室中很难控制重力加速度,但可以通过系统的实验来评估包含重力效应的标度关系。因此,我们进行了这样一个系统的实验振动诱导颗粒对流。根据实验数据,得到了颗粒对流速度的标度形式。得到的标度形式意味着颗粒对流速度可以分解为两个特征速度分量:振动和重力速度。此外,系统大小的依赖性也被缩放。根据标度形式,当归一化振动加速度固定时,颗粒对流速度$v$依赖于重力加速度$g$为$v \propto g^{0.97}$。
2014-05-30 cond-mat.soft physics.geo-ph
Critical scaling and heterogeneous superdiffusion across the jamming/rigidity transition of a granular glass
实验研究了水平振动的双分散致密颗粒单层的动力学特性。淬火协议产生的状态与冻结结构的组件,但剩余的自由度与接触动力学控制的外观宏观刚度。我们提供了决定性的实验证据表明,这种转变是一个临界现象,越来越多的集体和异质重排发生在远小于晶粒直径的长度尺度,大概反映了接触力网络的波动。动态相关时间和长度尺度在转变两侧飙升,因为体积分数在非常小的范围内变化($δϕ/ϕ\sim 10^{-3}$)。我们的特点个别晶粒的运动,这成为超扩散的干扰过渡$ϕ_J$,信号远程的时间相关性。相应地,系统在空间中表现出长程四点动力学关联,在跃迁密度下服从临界标度。
2008-03-14 cond-mat.soft
On velocity profiles, stresses and Bagnold scaling of sheared granular system in zero gravity
报道了库埃特几何条件下剪切颗粒体系的三维分子动力学模拟结果。\cite{movies}模拟使用物理实验中可能预期的真实边界条件。对于一系列的边界属性,我们报告的速度和密度分布,以及边界上的力。特别是,我们发现,整个剪切细胞的速度分布的结果强烈依赖于系统粒子与物理边界的相互作用。甚至摩擦边界可以允许颗粒的显著滑动,因此,减少系统中的剪切。接下来,我们提出了剪切速率的应力依赖性,包括平均力和力的波动,无论是控制体积,和控制应力配置。讨论了恒压条件下固体体积分数对剪切速率的依赖关系,以及体积控制实验中的拜格诺标度。此外,我们还研究了振荡驱动对系统特性的影响。
2004-11-17 cond-mat.soft
Scaling laws for doublet craters formed by low-velocity impacts of unequal-mass spheres into a granular bed
研究不等质量双球低速撞击颗粒床形成的双坑,发现形状不对称且总长度随球间距和能量比增加,结果符合撞击坑直径与能量四分之一次方成正比的标度律,并建立了描述撞击坑重叠及第二次撞击因流化形成更大坑的模型。
2025-07-07 cond-mat.soft
Critical scaling near the yielding transition in granular media
我们发现,颗粒介质中的屈服转变显示二阶临界点标度行为。我们进行了离散元模拟的低惯性数限制的摩擦,纯排斥球形颗粒进行简单的剪切在固定的无量纲剪切应力$Σ$在两个和三个空间维度。为了找到可以支持所施加的$Σ$的机械稳定(MS)堆积,具有尺寸$L$的各向同性制备状态必须经历总应变$γ_{\rm ms}(Σ,L)$。对于$Σ> Σ_c \approx 0.11$,MS堆积的数密度($\propto γ_{\rm ms}^{-1}$)根据具有长度尺度$ξ\propto |Σ- Σ_c|^{-ν}$的临界标度形式为零,其中$ν\approx 1.7-1.8$ .在屈服应力($Σ>Σ_c$)以上,在大系统限值$L/ξ\gg 1$中不存在可支持$Σ$的MS填料。通过剪切产生的MS填料具有各向异性力和接触网络,这表明$Σ_c$与这些网络可以变形远离各向同性填料的程度的上限有关。
2018-05-21 cond-mat.soft
Self-Diffusion Scalings in Dense Granular Flows
我们报告的测量自扩散系数的离散数值模拟的稳定,均匀,碰撞剪切流几乎相同的,摩擦,非弹性球。我们专注于一系列相对较高的固体体积分数,是重要的,在这些陆地重力剪切流,主要是碰撞相互作用。在此范围内的固体分数的扩散还没有得到很好的特点,在以前的研究。首先,我们比较了测量值与经验缩放的基础上剪切速率先前提出的文献中,并强调存在的各向异性和固体分数的依赖性。然后,我们将数值测量与非弹性球体剪切流的动力学理论预测的数值测量进行比较,并解释了为什么测量值和预测值不同。
2021-03-31 cond-mat.soft
Scaling theory of shear-induced inhomogeneous dilation in granular matter
以有限的剪切速率剪切一个压缩颗粒系统的结果在一个区域的颗粒流动的紧凑,静态组件。必然该区域被扩张到取决于剪切速率、加载压力、重力、各种材料参数和制备方案的程度。尽管对颗粒流进行了大量的研究,但仍然缺乏膨胀量的预测理论。在这里,我们提供了一个标度理论,专注于这样的预测作为剪切速率和耗散参数的颗粒组装的函数。由此产生的标度律是普遍的改变粒子间力的法律。
2019-05-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Morphology Scaling of Drop Impact onto a Granular Layer
我们调查的影响,一个自由下落的水滴到颗粒层。首先,我们构建了一个相图的弹坑形状的两个控制参数,冲击速度和晶粒尺寸。低速撞击会在蓬松的颗粒状目标上形成更深的圆柱形弹坑。在高速撞击之后,我们观察到一个高于初始表面水平的凸起,而不是一个陨石坑。在中等冲击速度范围内也可以观察到内圈。定量地,我们发现了一个由撞击速度和颗粒层与水滴的密度比组成的无量纲数的弹坑半径的标度律。这个比例表明水滴变形对理解陨石坑形态至关重要。
2010-05-12 cond-mat.soft physics.geo-ph
Scaling law of the drag force in dense granular media
利用三维静止颗粒介质中球形入侵者的拖曳系统,数值研究了重力作用下运动入侵者所受拖曳力$F_{\rm drag}$的标度律.假设直径为$D$的入侵者浸入由平均直径为$d$的颗粒组成的颗粒介质中,位于深度为$h$并以速度$V$移动,我们发现$F_{\rm drag}$可以标度为$(D+d)^{ϕ_μ} h^{α_μ}$,具有两个指数$ϕ_μ$和$α_μ$,它们取决于摩擦系数$μ$并满足近似求和规则$ϕ_μ+α_μ\approx 3$。如果$h$足够深,则该标度律对任意弗劳德数(由$\mathrm{Fr}={2 V}\sqrt{{2D}/{g}}\big/(D+d)$定义)都有效。我们还确定存在三个制度(准静态,线性和二次)至少摩擦颗粒的阻力的速度依赖性。在准静态到线性状态之间的$\mathrm{Fr}\approx 1$处以及在线性到二次状态之间的$\mathrm{Fr}\approx 5$处发生交叉。我们还观察到,弗劳德数在这些政权之间的交叉发生的深度$h$和入侵者$D$的直径是独立的。我们还报告了入侵者的平均配位数和平均接触角作为入侵者速度的函数的数值结果。
2020-05-12 cond-mat.soft
Self-diffusion in inhomogeneous granular shearing flows
在这封信中,我们讨论了流动的不均匀性如何影响颗粒流的自扩散行为。而自扩散缩放已被很好地表征在过去的均匀剪切,剪切局部化和非局部性的流动的影响还没有被研究。因此,我们目前的测量自扩散系数的离散数值模拟的稳定,不均匀,碰撞剪切流几乎相同的,摩擦,非弹性球。我们专注于大范围的致密固体体积分数,对应于地球物理和工业剪切流的碰撞相互作用占主导地位。我们首先比较测量值,与基于剪切速率的缩放,然后,基于颗粒温度的缩放。我们发现,后者在折叠数据方面比前者做得更好。研究结果为非均匀剪切流扩散模型的建立奠定了基础,对处理混合和分离问题具有一定的参考价值。
2022-09-23 cond-mat.soft
Vortices enhance diffusion in dense granular flows
这封信介绍了意想不到的扩散特性在密集的颗粒流,并表明,它们导致部分堵塞的颗粒群,或颗粒涡的发展。横向扩散系数$D$和平均涡尺寸$\ell$系统地测量在模拟平面剪切流在不同的内部数$I$揭示(i)从预期的缩放$D\propto d^2 \dot γ$涉及的晶粒尺寸$d$和剪切速率$\dot γ$和(ii)平均涡尺寸$\ell$增加在低$I$,以下$\ell\propto dI^{-\frac{1}{2}}$,但受系统尺寸的限制。一般缩放$D\propto \ell d \dot γ$介绍,捕获所有的测量和突出的关键作用的旋涡大小。这导致在致密颗粒流中建立扩散率的标度为$D\propto d^2 \sqrt{\dot γ/ t_i}$,涉及剪切时间$1/\dotγ$和惯性时间$t_i$的几何平均值作为相关的时间尺度。颗粒轨迹的分析进一步证明,这种扩散过程是由涡驱动的随机游走。
2017-09-20 cond-mat.soft
Critical scaling near jamming transition for frictional granular particles
对剪切摩擦颗粒材料在堵塞转变附近的临界流变进行了数值研究。它被证实存在一个真正的临界密度的屈服应力的开始,和两个虚拟的临界密度的流变特性的标度律的特征。我们发现存在一个滞后回线之间的两个临界密度为每个摩擦系数。值得注意的是,无摩擦堵塞过渡的临界标度律似乎仍然有效,即使摩擦堵塞,尽管使用虚拟的临界密度值。
2011-03-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Criticality and Scaling Relations in a Sheared Granular Material
研究了剪切作用下致密颗粒材料的流变特性。通过对等体积系统的数值实验,我们发现了一个临界体积分数,在该临界体积分数下,剪切应力和压力都是剪切应变率的幂律函数。我们还提出了一个简单的缩放参数,确定幂律指数。利用这些结果,我们解释了在恒压下的系统中观察到的幂律行为。
2006-09-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Low-speed impact craters in loose granular media
我们报告的陨石坑形成的球下降到干燥,非粘性,粒状介质。通过球密度$ρ_{b}$、直径$D_{b}$和下落高度$H$的显式变化,确认弹坑直径与撞击时球能量的1/4幂成比例:$D_{c}\sim(ρ_{b}{D_{b}}^{3}H)^{1/4}$。出乎意料的是,发现了一个不同的陨石坑深度的比例定律:$d\sim({ρ_{b}}^{3/2}{D_{b}}^{2}H)^{1/3}$。还建立了与介质性质的标度关系。弹坑深度对颗粒力学具有重要意义,因为它与球上的停止力有关。
2003-03-25 cond-mat.soft
Granular-like behavior of molecular flow in constricted nanopores
流体在多孔介质中的流动符合达西定律,而流体与壁面的相互作用可以忽略不计。在吸附占主导地位的纳米孔中,已经进行了达西扩展,但仍然缺乏能够描述中孔流动的方法。在这里,我们表明,通过纳米收缩的分子流是很好地描述了Berverloo定律,预测的质量流率的颗粒材料通过宏观孔径。这种分子和颗粒的类比,允许推导出一个关系,提供了一个理论框架的分子流在无序的介孔系统。
2020-11-17 cond-mat.soft physics.comp-ph
Universal scaling dynamics in a perturbed granular gas
我们研究了一个颗粒系统在静止的瞬间输入的能量在一个局部区域的响应。我们提出的缩放参数表明,在$d$维度,所产生的干扰的半径随时间增加$t$作为$t^α$,和能量减少$t^{-αd}$,其中指数$α=1/(d+1)$是独立的恢复恢复系数。我们支持我们的论点,在一维和事件驱动的分子动力学模拟硬球粒子在二维和三维的精确计算。
2009-11-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Experimental validation of nonextensive scaling law in confined granular media
在这封信中,我们解决了一个完整的准静态平面剪切实验的颗粒位移的统计波动,和相应的异常扩散指数,$α$之间的关系。我们实验验证了一个特殊的情况下,所谓的Tsallis-Bukman标度律,$α= 2 / (3 - q)$,其中$q$是通过拟合的概率密度函数(PDF)的测量波动与$q$ -高斯分布,和扩散指数在实验过程中独立测量。应用原始技术,我们能够证明从异常扩散制度的布朗行为作为用于计算实验中的晶粒的位移的应变窗口的长度的函数的过渡。拟合曲线与大量实验数据的一致性表明,随着应变窗口长度的减小,涨落概率密度函数明显加宽,扩散指数值增大,即反常扩散。无论在测量中考虑的应变窗口的大小,我们表明,Tsallis-Bukman标度律仍然有效,这是第一次实验验证这种关系的经典系统在不同的扩散制度。我们还注意到,空间相关性显示出显着的相似性,在流体中的湍流,一个有前途的迹象表明,这种类型的分析可以用来探索的局限颗粒材料的宏观摩擦的起源。
2015-07-28 cond-mat.soft
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
Temperature scaling in a dense vibro-fluidised granular material
本文确定了受外界振动扰动的致密二维颗粒物质的首阶“温度”。一个渐近解被认为是弹性的领先近似中的粒子。在超前近似下,速度分布为麦克斯韦-玻尔兹曼分布。密度分布通过求解垂直方向上的动量平衡方程来确定,其中压力和密度之间的关系由维里状态方程提供。本分析的预测显示出良好的协议与模拟结果在较高的密度,理论为稀振动颗粒材料,与压力-密度关系提供的理想气体法律,是错误的。该理论还预言了McNamara和Luding(PRE v 58,p 813)报道的床中总耗散的标度关系。
1999-04-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A universal scaling law for the evolution of granular gases
干燥的、自由演化的颗粒状物质在稀气态下仅由于耗散相互作用而聚结成致密的团簇。这种成团转变对于从天体物理学到宇宙学的许多问题都很重要。在这里,我们表明,稀释,自由冷却的颗粒气体的演变是由惯性流和热速度的比率,即马赫数在一个普遍的方式。对颗粒纳维-斯托克斯方程的理论计算和直接数值模拟表明,无论恢复系数、密度或初速度分布如何,密度涨落都遵循与系统马赫数的普适二次关系。我们发现,集群表现出无标度动力学,但集群状态变得可观察的马赫数约为$\mathcal{O}(1)$。我们的结果提供了一种方法来确定年龄的颗粒气体和预测宏观外观的集群。
2015-10-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Scaling laws for velocity profile of granular flow in rotating drums
Graduate School of Engineering Science, Osaka University(大阪大学工学研究科);Institute of Science and Engineering, Shimane University(岛根大学理工学研究科)
本文通过理论和数值方法研究了旋转鼓中颗粒流的速度分布,推导了描述低弗劳德数和大系统尺寸流动的标度规律。
2026-02-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Diverging viscosity and soft granular rheology in non-Brownian suspensions
我们使用大规模的计算机模拟和有限尺寸标度分析来研究无摩擦非布朗粒子的稠密三维悬浮液在堵塞过渡附近的剪切流变学。我们进行模拟软排斥粒子在恒定的剪切速率,恒定的压力,和有限的系统尺寸,并仔细研究大系统尺寸和无限硬粒子排斥的渐近极限。将先前的分析扩展了两个数量级,我们首先研究了硬颗粒极限下剪切粘性的渐近行为。我们确认其渐近幂律发散的干扰过渡,但表明,精确确定的临界密度和临界指数是困难的,由于粘度的“多尺度”行为。此外,有限尺寸标度分析表明,这种分歧是伴随着一个不断增长的相关长度尺度,这也分歧代数。然后,我们研究了软排斥的效果,并提出了一个自然延伸的标准颗粒流变学,以考虑柔软度的影响,我们从模拟验证。接近堵塞过渡,这种“软颗粒流变学”提供了一个详细的描述软颗粒的非线性流变学,这不同于早期的经验缩放形式。
2015-04-03 cond-mat.soft
Finite-Size Analysis of the Collapse of Dry Granular Columns
在这封信中,我们专注于颗粒柱坍塌的尺寸效应,这是潜在的连接到复杂的地球物理流动的动力学,即使颗粒组件的微观结构和它们的宏观行为之间的联系仍然没有得到很好的理解。使用球多面体离散元法(DEM),我们表明,柱半径/晶粒尺寸比的崩溃行为有很强的影响。一个有限尺寸的分析,这是由一个拐点周围的相变的启发,进行以获得一个通用的标度方程与临界指数的跳动距离。我们进一步链接的大小效应与强力网络和形式化的相关长度尺度,指数尺度与有效的纵横比。这种尺度解与二维随机网络的渗流问题有相似之处,可以推广到其他类似的自然和工程系统。
2021-09-29 cond-mat.soft
Bridging the rheology of granular flows in three regimes
我们通过分子动力学模拟研究了软的、摩擦的、无粘性的球的均匀的、简单的剪切流动的颗粒材料的流变学。与以前的无摩擦颗粒的结果相一致,我们观察到三个流动制度存在于不同的领域的颗粒体积分数和剪切速率,所有的应力数据崩溃后缩放的权力的距离堵塞点。虽然这个堵塞点是颗粒间摩擦系数的函数,但发现在此点压力与应变率之间的关系与摩擦无关。我们还提出了一个流变学模型,混合在每个政权的渐近关系,以获得这些流量的一般描述。最后,我们表明,偏离惯性数标度是一个直接的结果,颗粒的柔软性,与无量纲剪切速率特征的过渡。
2012-01-27 cond-mat.soft
Froude number scaling unifies impact trajectories into granular media across gravitational conditions
该研究通过离散元模拟与理论分析,发现用弗劳德数标度初始速度可使不同重力下无黏颗粒介质的撞击轨迹重合,揭示阻力隐含弗劳德数依赖,为地外颗粒行为研究奠基。
2023-07-20 cond-mat.soft physics.app-ph
Bagnold scaling, density plateau, and kinetic theory analysis of dense granular flow
我们研究了沿着粗糙斜坡向下的致密颗粒流的整体流变学,其中已经发现密度分布除了模拟中的边界层之外显示出平台[Silbert { \it et al.},E { \bf 64},051302(2001)]。结果表明,无论是Bagnold标度和框架的动力学理论是适用于在散装,这使我们能够提取的本构关系,从模拟数据。我们的数据与动力学理论的详细比较表明,定量的正应力和剪应力的协议,但存在轻微的差异,在能量耗散,这导致相当大的分歧,在流动的动力学理论分析。
2005-02-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Unjamming a granular hopper by vibration
本文介绍了一个由压电装置连续振动的漏斗的出流实验研究。对于远低于非振动料斗所观察到的通常堵塞极限的孔,可以实现谷物的流出。颗粒流持续到一个颗粒直径的物理极限,即有限振幅所达到的极限。对于较小的孔口,我们观察到一个间歇性的制度,其特征在于流动和堵塞的交替周期。在连续和间歇状态下,振动都不会显著改变流速。对流动状态统计特征的分析表明,流动时间随振幅的增大而显著增大。然而,在低振幅和小孔尺寸下,堵塞时间分布显示出异常统计。
2009-07-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Scaling Law for Cracking in Shrinkable Granular Packings
水化颗粒填料在干燥时常常破裂成离散的颗粒簇。尽管它无处不在,但准确预测开裂仍然是难以捉摸的。在这里,我们阐明了以前被忽视的作用,个别晶粒收缩-一个共同的许多材料的功能-在确定裂纹图案使用实验和模拟。通过扩展经典的Griffith裂纹理论,我们得到了一个缩放定律,量化集群大小取决于晶粒收缩,刚度和大小之间的相互作用-适用于各种各样的收缩,颗粒包装。
2019-10-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stress-dependent electrical transport and its universal scaling in granular materials
我们实验和数值研究应力依赖的电输运颗粒材料,以阐明其普遍的介电响应的起源。在不同的压缩载荷下的颗粒系统的交流响应一致地表现出从低频率下的电阻平台到高频率下的几乎恒定的损耗状态的过渡。通过使用对应于电导分散和测量的直流电阻的发病的特征频率作为标度参数来归一化测量的阻抗,在不同的应力状态下的光谱的结果崩溃到一个单一的主曲线,揭示了明确的应力无关的普遍性。为了模拟这种电传输,在规定的填充结构的基础上构建接触网络,然后通过考虑单个颗粒之间的相互作用来建立电阻器-电容器网络。在这个模型中,频率依赖的网络响应有意义地再现了实验观察到的主曲线所表现出的颗粒材料在各种正常的应力水平下,表明这种普遍的标度行为被发现是由i)颗粒之间的界面特性和ii)网络配置。研究结果表明,有必要考虑接触形态和包装结构建模的电响应,使用基于网络的方法。
2019-10-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Scaling Laws for the Slip Velocity in Dense Granular Flows
在这封信中,2维密集流动的多边形颗粒的斜面上的一个平坦的摩擦下边界进行了分析,通过接触动力学离散元模拟,以开发密集颗粒流的连续模型的边界条件。我们的证据表明,全球的滑移现象明显偏离简单的滑动:一个有限的滑移速度一般被发现低于滑动阈值的颗粒壁接触的剪切力。我们确定了简单的比例律的滑动速度的依赖剪切速率,正常和剪切应力,和材料parameters.The的重要性,正确的确定的基础上的倾斜,这是至关重要的流量计算的滑移速度的依赖关系,讨论了自然流动。
2014-01-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Origin of Non-cubic Scaling Law in Disordered Granular Packing
最近的金属玻璃衍射实验揭示了密度与平均原子间距之间的非立方标度律,这导致了对分形玻璃有序存在的猜测。使用X射线层析成像,我们在这里确定了一个类似的非立方标度律在无序颗粒堆积的球形颗粒。我们发现标度律与第一近邻壳层内的接触近邻直接相关,因此与干扰现象密切相关。由于接触数在6左右的均衡条件,出现了看似普适的标度指数2.5,我们认为该指数不应该是普适的。
2017-05-19 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Scaling and dynamics of sphere and disk impact into granular media
直接测量球体和圆盘撞击颗粒介质的加速度,揭示了简单的幂律缩放以及复杂的动力学,这些动力学具有流体和固体行为的特征。穿透深度与冲击速度成线性比例,而对于足够大的冲击速度,碰撞持续时间是恒定的。这两个量都表现出幂律依赖于球体直径和密度,以及重力加速度。撞击过程中的加速度有两个跳跃:一个是在初始接触时快速的速度依赖性增加,另一个是在撞击物体静止时类似的急剧的深度依赖性减少。检查在这些功能附近的球体上测得的力导致一个新的实验为基础的颗粒碰撞力模型。我们讨论了我们的研究结果的背景下,最近提出的现象学模型,捕捉定性的动态特性的影响,但失败的定量和无法捕捉显着的加速度波动,发生在穿透过程中,这取决于受影响的材料。
2007-09-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Fluctuations and power-law scaling of dry, frictionless granular rheology near the hard-particle limit
无摩擦颗粒的流动进行了研究与应力控制的离散元建模模拟系统的大小从300到100,000个颗粒。体积分数和剪切应力比$μ$对于大范围的惯性数$I$对系统尺寸相对不敏感。应变率中的二阶效应,例如第二法向应力差,需要大的系统尺寸来准确地提取有意义的结果,特别是第一法向应力差与应变率的非单调依赖性。由$μ(I)$关系表示的一阶流变响应在描述流变学的低阶方面很好地起作用,除了这些应力控制流动的准静态极限附近。的压力是变化超过五十年,并观察到的协调数的压力依赖性,这是不捕获的惯性数。对于接近准静态极限的小系统$N\le$ 1,000观察到的大波动可导致流动停滞,从而导致将数据拟合到流变学关系的挑战。惯性数也不足以捕捉的性质波动的压力依赖的行为。在准静态和惯性制度,包括剪切应力,压力,应变率,法向应力差,体积分数,配位数和接触织物各向异性的流动和微观结构特性的波动进行测量。流动特性的波动与压力和系统尺寸自相似。的应力特性和接触织物各向异性的波动的缩放的过渡测量和建议作为一个定量识别的过渡从惯性到准静态流。
2022-01-10 cond-mat.soft
Scaling of granular column collapses on inclined planes
本文结合实验数据与量纲分析提出新无量纲数,并用球多面体DEM模拟不同倾角和初始条件下的颗粒柱坍塌,统一描述相对运动距离并揭示其与水平情形的统一性。
2023-07-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft