Strain-stiffening in random packings of entangled granular chains
以颗粒链的随机堆积为模型，研究了在无布朗运动的情况下，颗粒链的缠结对应变硬化的贡献。在三轴压缩实验中，链式填料被剪切。对于短链长度，当剪切应力超过围压的范围时，这些填料屈服，类似于球形颗粒的填料。相比之下，足够长以形成环的链的堆积表现出应变硬化，其中材料的有效刚度随着应变而增加，类似于许多聚合物材料。后一种填料可以承受比围压大几个数量级的应力，并且在链环断裂之前不会屈服。X射线断层扫描测量结果表明，应变硬化填料包含系统跨越集群的纠缠链。
2011-08-16 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
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
Fluctuations of local plastic strain in granular media
本文结合颗粒追踪与DAWS实验研究旋转鼓中振荡剪切颗粒介质的应变涨落，揭示其颗粒尺度非均质性、类扩散循环分支及塑性应变涨落与平均应变的标度关系。
2025-09-27 cond-mat.soft
MR Imaging of Reynolds Dilatancy in the Bulk of Smooth Granular Flows
致密的颗粒物质必须膨胀才能流动，这种现象被称为流动性。在这里，我们执行，通过磁共振成像，直接测量的局部堆积密度的演变的缓慢和平滑的颗粒剪切流中产生的裂底几何形状。我们发现这种不相容性出奇地强。膨胀区跟随大应变率区域，并作为时间的函数缓慢扩展。这表明，局部堆积密度由实验开始以来经历的局部应变的总量决定。
2007-04-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Irreversible Incremental Behavior in a Granular Material
我们在数值模拟中使用剪切应变和体积应变的增量来测试颗粒集料的弹性。我们发现，体积应变的增量几乎是可逆的，但剪切应变的增量是不可逆的。这种不可逆性的强度随着每个颗粒的平均接触数（配位数）的减少而增加。对于增量的体积应变，一个弹性模型，包括接触颗粒之间的平均和波动运动再现以及在整个范围内的协调数的数值结果。对于剪切应变的增量，理论和模拟同意相当好的高值的配位数。
2010-01-29 cond-mat.soft
Strain versus stress in a model granular material: a Devil's staircase
本文用数值模拟的方法研究了二维刚性无摩擦盘的无序填料在逐渐变化的应力作用下所达到的一系列平衡态。在配置空间中的轨迹的统计特性被发现是独立的统治颗粒动力学的具体假设，并确定的几何形状。宏观加载参数的单调增加会导致离散的重排序列。对于双轴压缩，我们表明，由于统计的重要性，这样的事件的大幅度，所产生的应变应力方向的依赖性是一个列维飞行的热力学极限。
2009-01-20 cond-mat.soft
Shear jamming, discontinuous shear thickening, and fragile states in dry granular materials under oscillatory shear
数值研究了二维摩擦颗粒材料在振荡剪切作用下的线性响应。在零应变速率极限下的储能模量$G'$和损耗模量$G''$取决于测量前振荡剪切的初始应变幅度。剪切堵塞状态（满足$G'>0$）可以在大于临界初始应变幅度的幅度下观察到。根据初始剪切力的形式，脆性状态由液态和固态的出现来定义。在该状态下，应变振幅减小后的观测到的$G'$取决于外部剪切应变的相位。损耗模量$G''$表现出对应于脆性状态下的不连续剪切增稠的不连续跳跃。
2020-02-27 cond-mat.soft
Coupled continuum modeling of size-segregation driven by shear-strain-rate gradients and flow in dense, bidisperse granular media
本研究通过DEM模拟和耦合连续介质模型，揭示并预测了稠密双分散颗粒系统中由剪切应变率梯度驱动的尺寸分离动力学，实现了流动场与分离行为的同步捕获。
2023-01-26 cond-mat.soft
Discontinuous change of shear modulus for frictional jammed granular materials
对具有简谐排斥相互作用的堵塞摩擦颗粒材料在振荡剪切作用下的剪切模量进行了数值研究。它被证实的储能模量，剪切模量的实部，摩擦颗粒具有足够小的应变振幅$γ_0$不连续地出现在堵塞过渡点。小$γ_0$的储能模量与无摩擦颗粒的储能模量不同，即使在零摩擦极限下也是如此，而对于足够大的$γ_0$，它们几乎彼此相同，其中过渡变得连续。即使对于小应变，应力-应变曲线也表现出滞后回线，该滞后回线将足够小应变的线性区域连接到相对较大应变的另一线性区域。我们提出了一个新的标度律之间的小和大$γ_0$的状态插值。
2016-12-12 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
The nature of quasistatic deformation in granular materials
在准静态条件下，粒状材料在变应力下的应变源于（I）接触变形和（II）接触网络的重排。根据样品历史和施加的载荷，任一机制都可能占主导地位。因此，可以相应地定义流变状态I和II。它们的性能，并说明在这里与离散的数值模拟结果的球填料。理解应变的微观物理起源使人们能够澄清宏观弹性的存在、大系统极限中应力应变关系的方法以及对噪声的敏感性等问题。
2009-01-15 cond-mat.soft
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
Strain dependent viscous response describes the mechanics of cohesionless soft granular materials
本文提出一种带应变依赖弛豫前置因子的一维标准线性固体模型，以描述无黏性软颗粒在不同维度与加载条件下的时变力学响应。
2025-06-10 cond-mat.soft
Are granular materials simple? An experimental study of strain gradient effects and localization
实验测试了剪应力对前两个剪应变梯度的依赖性。测试进行了直接数值模拟，使用离散元法（DEM）上的一个大的二维（2D）组装的圆盘。通过向材料区域施加体积力，将组件强制成不均匀变形的形状。试验结果表明，剪应力受第一、第二剪应变梯度的影响，应变及其梯度的实测响应均为增量非线性。膨胀率不受应变梯度的影响。粒子旋转，虽然非常不稳定，平均而言，与平均场旋转一致，不受应变梯度的影响。在独立的无约束测试中，材料在没有体力的情况下被剪切，因此可以自由地发生定位。三个本地化模式进行了观察：在非常小的应变微带;非持久性剪切带在中等应变;和持久性带在大应变。观察到的微带和剪切带的特征与实测的剪切应变及其前两阶导数的影响是一致的。
2019-01-01 cond-mat.other cond-mat.soft
Softening induced instability of a stretched cohesive granular layer
我们报告的蜂窝图案，自发地形成在表面的一个薄层的粘性颗粒状材料提交面内拉伸。我们提出了一个简单的模型，其中负责的不稳定性的机制是“应变软化”以上的典型应变的潮湿颗粒材料所表现出的。我们的分析表明，这种类型的不稳定性应观察到在任何系统呈现负应力应变扰动的敏感性。
2010-10-23 cond-mat.soft physics.class-ph physics.geo-ph
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
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
How granular materials deform in quasistatic conditions
基于模型粒状材料的准静态变形的数值模拟，两个流变制度的区别，根据宏观应变是否仅仅反映微观材料应变内的晶粒在其接触区域（I型应变），或导致在微观水平上的不稳定性和接触网络重排（II型应变）。我们讨论的发生制度I和II的模拟模型材料制成的磁盘（2D）或球体（3D）。在单调试验（如三轴压缩）中，从状态I到状态II的过渡既不同于弹性限度，也不同于屈服阈值。这两种类型的响应之间的区别被证明是至关重要的敏感性接触级力学，相关的变量和尺度要考虑在微观力学方法，能量平衡和可能发生的宏观不稳定性
2010-11-10 cond-mat.soft
Dilatancy of frictional granular materials under oscillatory shear with constant pressure
本文对二维摩擦颗粒系统在定常压力作用下的振荡剪切进行了数值模拟。我们发现，该系统经历的应变增加的双折射。我们证实，压实也发生在一个中间的应变幅度为一个小的相互摩擦系数之间的颗粒。压实度与围压有关，而压实度与围压关系不大。
2021-02-03 cond-mat.soft
Strain stiffening due to stretching of entangled particles in random packings of granular materials
本研究针对缠结链随机堆积的三轴压缩应力-应变关系，发现链平均缠结约一条时形成系统级缠结簇，通过X射线断层扫描揭示应变硬化机制，提出基于链拉伸的平均场模型并验证其普适性。
2025-02-11 cond-mat.soft
Collective rheology in quasi static shear flow of granular media
本文讨论了在准静态颗粒流中，哪些因素决定了应变场的基本问题。结果表明，用应力-应变率关系来理解准静态流变学是不恰当的。另一种方法进行了讨论，其中的局部变形被认为是在附近的变形的原因。我们提出了一个连续介质模型，其中局部剪应变与其拉普拉斯算子成正比，比例因子由局部应力决定。预测的行为进行了测试，在一个三维剪切细胞通过计算机模拟。我们设置的简单性使得它非常适合演示和研究集体粒度流的基本开放问题。所观察到的剪切剖面解释的框架内建议的模型。
2010-09-20 cond-mat.soft
Modified Stoney's equation with anisotropic substrates undergoing large deformations
沉积在衬底上的薄膜中的残余应力导致系统的曲率，该曲率可以使用公知的Stoney方程来测量。衬底的各向同性弹性以及无穷小的应变和旋转是Stoney方程推导中使用的两个重要假设。然而，基板中的横向偏转对其平面中的拉伸应变有显著贡献，导致其变形的非线性。此外，硅晶片主要用作衬底材料以测量系统的曲率。本文导出了在非线性变形条件下，Si（001）和Si（111）单晶衬底的归一化衬底曲率与归一化薄膜失配之间的关系。给出了Si（001）和Si（111）基片薄膜结构在大变形下的曲率的数值计算结果并进行了讨论。
2017-12-21 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
Stabilization of nonlinear velocity profiles in athermal systems undergoing planar shear flow
我们进行分子动力学模拟的模型颗粒系统进行边界驱动的平面剪切流在两个空间维度的目标是开发一个更完整的理解致密的颗粒系统如何响应应用剪切。特别是，我们感兴趣的是确定这些系统将拥有线性速度分布，当他们将开发高度本地化的速度分布响应剪切。在以前的工作中，类似的系统，我们表明，非线性的速度剖面形式时，剪切边界的速度超过剪切波的速度在材料中。然而，我们发现这些系统中的非线性速度分布在很长一段时间内是不稳定的。非线性的程度随着时间的推移而缓慢降低;当颗粒温度和密度分布在整个系统中长时间均匀时，速度分布变为线性。我们测量的时间$t_l$所需的速度剖面成为线性的，并发现，$t_l$增加作为一个幂律与剪切边界的速度，并迅速增加包装分数接近随机紧密包装。我们还进行了模拟，在整个系统中的颗粒温度的差异保持垂直振动的边界之一，在剪切流。我们发现，非线性速度分布的形式，并在很长一段时间内是稳定的，如果在整个系统的颗粒温度的差异超过阈值，这是可比的玻璃化转变温度在平衡系统中在相同的平均密度。最后，剪切和振动的系统形成稳定的剪切带，或高度局部化的速度分布，当施加的剪切应力降低到低于系统的静态部分的屈服应力。
2005-06-20 cond-mat.soft
Continuum modeling of size-segregation and flow in dense, bidisperse granular media: Accounting for segregation driven by both pressure gradients and shear-strain-rate gradients
本文针对稠密双分散颗粒介质中的粒度偏析问题，建立了同时考虑压力梯度与剪切应变率梯度两种驱动力的耦合连续介质模型，并通过DEM模拟验证了该模型在不同流动几何构型下的预测能力。
2023-07-18 cond-mat.soft
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
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
Dynamic Heterogeneity and Facilitation in Sheared Granular Materials: Insights from 3D Triaxial Testing
本研究通过三维三轴压缩试验结合X射线断层扫描，首次系统研究了颗粒材料中的动态异质性与动态促进，发现其强烈依赖于应变增量和变形区域，并关联于非晶固体的玻璃态动力学。
2025-09-25 cond-mat.soft physics.geo-ph
Granular structure and heterogeneous deformation preceding avalanches
Navier, CNRS, Univ Gustave Eiffel, ENPC, Institut Polytechnique de Paris（纳维埃实验室，法国国家科学研究中心，巴黎-沙隆恩斯特·盖非尔大学，国立桥梁与道路学校，巴黎理工学院）
本研究通过实验揭示颗粒堆积雪崩前的前兆活动受制备结构与加载方向兼容性影响，但位移衰减和应变标度等空间特征保持稳健，并基于两态模型量化了局部异质性的影响。
2026-09-21 cond-mat.soft
Morphologies of three-dimensional shear bands in granular media
本文给出了散粒体轴对称三轴剪切试验中自发对称性破缺应变局部化的数值结果。我们用三维离散元法模拟了球形颗粒的剪切带形成。我们表明，局部剪切强度，颗粒的角速度，配位数，和局部孔隙比相关，它们中的任何一个都可以用来识别剪切带，但后两个是不太敏感。计算的剪切带形态与实验结果吻合较好。我们表明，边界条件起着重要的作用。根据观测结果讨论了剪切带的形成机制，并与实验结果进行了比较。在大应变，强制对称，我们发现应变硬化。
2007-01-03 cond-mat.soft
Structural evolution of granular systems: Theory
第一性原理理论的发展的一个关键结构特征的平面颗粒系统的细胞顺序分布的一般演变。动态方程的构造和解决封闭形式的一些例子：密集的系统进行逐步压实;非常密集的系统的初始膨胀;和一般系统的稳定状态的方法。它示出的收敛到稳定状态是指数，除了当接触只被打破，没有新的接触，在这种情况下，该方法是代数的时间。在没有封闭形式的解决方案是可能的，说明性的数值解的演变。这些表明，动力学是敏感的细胞事件率，这是过程依赖。的形式主义可以扩展到其他结构特征，铺平了道路的颗粒系统的结构组织的一般理论，参数化的接触事件率。
2015-05-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Calibrating a Finite-strain Phase-field Model of Fracture for Bonded Granular Materials with Uncertainty Quantification
University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；University of Texas at Dallas（德克萨斯大学达拉斯分校）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
本文提出了一种基于GPU的高性能有限元方法软件Ratel，用于校准粘结颗粒材料的有限变形相场断裂模型，并探讨了制造温度和初始颗粒配置对材料性能的影响。
2025-08-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.comp-ph
Study of triaxial loading of segregated granular assemblies through experiments and DEM simulations
本研究提出基于位置相关体积力的DEM约束方法模拟三轴试验，验证了分离集合体的宏观响应，并发现界面阻碍应变局部化且小颗粒剪切应变更高。
2024-05-24 cond-mat.soft
Stochastic Pore Collapse Models in Granular Materials
建立了颗粒材料孔隙塌陷的随机模型。首先，推导出塑性流动法则的一般波动应力-应变关系。波动说明了通常在异质材料中观察到的塑性形变的非结合性。其次，一个轴对称球壳压实模型扩展到占由于在孔隙尺度的颗粒相互作用的材料微观结构的波动。这改变了应力-应变本构方程确定孔隙塌陷的动力学。结果表明，随机微分方程可以在统计意义上解释多尺度相互作用。
2020-02-27 cond-mat.soft physics.comp-ph
Local Plasticity as the Source of Creep and Slow Dynamics in Granular Materials
采用恒压恒应力数值模拟方法，研究了由小面无摩擦颗粒组成的三维颗粒固体单轴压缩蠕变机理。快速单轴压缩，然后缓慢膨胀的基础上预测的对数蠕变现象。细观力学分析表明，颗粒蠕变和颗粒尺度变形之间存在相关性。大应变的局部区域出现在蠕变过程中，并且随着时间的推移在幅度和尺寸上增长。此外，非仿射颗粒位移的积累与局部应变线性增加，从而提供洞察应力驱动的蠕变演化过程中的塑性耗散的起源。在没有摩擦的情况下，慢对数动力学的预测表明在颗粒固体蠕变过程中塑性耗散作用的普遍性。
2016-03-24 cond-mat.soft
Force distribution in a scalar model for non-cohesive granular material
我们研究了一个标量晶格模型的静态，非粘性，粒状材料的晶粒间的力量，获得两个主要结果。(i)作为总应变的函数的施加的应力显示出具有非平凡指数的幂律依赖性，其还随系统几何形状而变化。(ii)单个颗粒上的力的概率分布在压缩的所有阶段都呈高斯分布，没有显示指数尾的证据。关于这两个结果，我们确定相关性负责偏离先前提出的理论。
1998-10-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Computer simulation of three dimensional shearing of granular materials: Formation of shear bands
我们利用计算机模拟研究了颗粒材料中由于对称性破缺引起的非均匀变形的自发应变局部化。采用标准的三维离散单元法（DEM）模拟了轴对称三轴剪切试验。精心准备的致密试样之间的两个压板压缩，为了模拟实验条件，应力控制，（最初）轴对称的边界条件被构造。应变局部化引起了可见的剪切带，以前发现实验在类似的条件下，由几个小组，和不同的形态可以复制。我们研究了在此过程中的应力-应变关系，并发现与实验很好的协议。讨论了剪切带的形成机理。
2006-06-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Strain localization in planar shear of granular media: the role of porosity and boundary conditions
剪切带中的剪切应变局部化与速度弱化不稳定性和地震有关。在这里，我们模拟稳态平面剪切流动的数值粒状材料（凿），限制在平行表面之间。恒定剪切应力和恒定应变率边界条件进行了测试，这两种类型的边界条件被发现产生不同的速度剖面和摩擦定律。惯性数$I$对层的行为具有最大的控制作用，但在常应力边界条件下，观察到摩擦对层的正应力和厚度的额外依赖性。我们发现，剪切带本地化，这是目前在准静态政权（$I<10^{-3}$）在速率控制剪切，应力控制加载下是不存在的。在后一种情况下，当宏观摩擦系数接近准静态摩擦值时，流动停止。在较高惯性数（$I>10^{-3}$）下出现的惯性区域与分布剪切、摩擦和孔隙度相关，所述分布剪切、摩擦和孔隙度随剪切速率增加（速率强化区域）。常应力边界条件下的剪切产生的惯性，分布剪切，但从来没有准静态，局部变形的发现是合理的，基于低波动的剪切力在颗粒接触应力控制加载。通过检查孔隙度内和外的剪切带，我们还提供了一个机械的原因，准静态和惯性剪切之间的过渡与本地化和分布式应变之间的过渡相一致。
2021-11-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.geo-ph
The origin of the strain-rate discontinuity in 2D foam rheometry with circular geometry
观察到的不连续的应变率为一个二维泡沫剪切（圆形）Couette系统中的连续（赫歇尔-Bulkley）模型的解释。这是由于屈服应力和极限应力之间的有限差异。
2009-07-09 cond-mat.soft
Emergent Strain-Stiffening in Interlocked Granular Chains
颗粒链填料表现出惊人的紧急应变硬化行为，尽管个别松散的本构链。使用这样的组件上的压痕实验，我们测量的集体阻力$F$的压痕深度$z$的指数增加，并与每链的珠的数量$\mathcal{N}$的平方根。这两个观察结果分别让人想起绞盘或交错书籍中摩擦力的自放大，以及聚合物物理学。基于这两种成分的新模型很好地捕获了实验数据。具体地说，阻力被发现根据通用关系：$\log F \sim μ\sqrt{\mathcal{N}} Φ^{11/8}z/ b $，其中$μ$是两个基本珠之间的摩擦系数，$b$是它们的大小，和$Φ$是链珠的体积分数时，在周围介质中的未连接的珠半稀释。我们的研究表明，通常局限于分子水平的高分子物理领域的理论可以用来解释宏观水平的现象。这类系统可以研究复杂组件中的摩擦，对新材料的设计，纺织工业和生物学具有实际意义。
2017-12-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Shear modulus and Dilatancy Softening in Granular Packings above Jamming
我们通过实验研究了单层双分散摩擦颗粒对非均匀剪切扰动的力学响应。我们膨胀的包装内的入侵者，并使用光弹性和跟踪技术来测量在晶粒尺度上的诱导剪切应变和应力。我们量化实验的应变幅低至0.001和一系列的包装分数在2%的变化范围内的堵塞过渡的本构关系。在转变过程中，强非线性效应开始出现：剪切模量和非线性剪切模量在小应变下发生软化，直到达到临界应变，此时恢复有效线性。通过标度分析，提取了临界应变和相关临界应力对堵塞距离的依赖关系。我们检查的本构关系，当应用到力学平衡方程，导致观察到的应力和应变分布。这些剖面在靠近充气管的有效线性区和远离充气管的真正非线性区之间表现出空间交叉，交叉长度在干扰过渡处发散。
2014-11-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
MD simulations and continuum theory of partially fluidized shear granular flows
我们进行了详细的比较软颗粒分子动力学模拟与部分流化剪切颗粒流的理论。我们通过直接模拟验证的剪切应力张量成比例的应变率张量的流体部分，和剩余的固体部分的分离的基础上的本构关系。这两个分量的比率由序参量决定。根据模拟结果，我们构造了序参量的"自由能"函数。我们还提出了一个上壁驱动的二维稳态颗粒流的模拟，并与连续介质理论进行了比较。
2002-12-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Angular velocity distribution of a granular planar rotator in a thermalized bath
本文利用Boltzmann方程对具有固定中心的颗粒平面旋转体与熔池颗粒进行非弹性碰撞的动力学进行了数值和解析分析。角速度分布从布朗极限的准高斯演化到无限轻粒子极限的代数衰减。此外，我们将此模型与具有自由中心的平面旋转体进行了比较。我们提出了实验测试，可能会证实预测的行为。
2006-10-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Numerical Tests of Constitutive Laws for Dense Granular Flows
我们数值和理论研究的宏观性质的致密，剪切颗粒材料。在这个过程中，我们首先介绍了牛顿方程的不变性，解释它如何导致Bagnold的缩放，并讨论它如何与颗粒温度的动态。接下来，我们实现了两种不同几何形状的颗粒材料的数值模拟-简单的剪切和沿斜面向下流动-并表明测量可以从一种几何形状外推到另一种几何形状。然后，我们观察到的非仿射重排的晶粒簇在剪切应变和显示的基本意见，这作为一个基础的剪切转变区（STZ）理论的非晶态固体，可以重现在粒状材料。最后，我们基于颗粒温度动力学和STZ理论提出了颗粒材料的本构方程，并表明它们与我们来自两种几何形状的数值数据非常匹配。
2005-01-23 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
Granular gravitational collapse and chute flow
在引力作用下，非弹性颗粒趋于坍缩到两个相邻颗粒的相对法向速度为零的状态。如果这种引力坍缩的时间尺度比流动中的逆应变率短，我们认为这种坍缩将导致“颗粒涡旋”的形成，即相互相干运动的粒子的大尺度凝聚结构。这些涡的尺度由应变率梯度决定。将这些概念应用于颗粒介质的斜槽流（重力驱动的沿斜面向下的流），我们预测了其流变性仅由流密度决定的整体流区域的存在。这个理论产生了实验性的“普利肯流动法则”，与不同的斜槽流动相关联;它也正确地解释了观察到的不同的流动状态。
2002-06-04 cond-mat.soft
Density-field structures in a few systems undergoing velocity ordering
针对颗粒和活性物质两种非平衡系统，量化其速度有序化时密度场图案的相似性，对比伊辛模型相分离动力学，发现活性物质关联函数可准确描述真实生物活性粒子集合结构。
2025-04-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Flow-induced Agitations Create a Granular Fluid
我们通过局部搅拌的方法来研究颗粒介质中远离主流的静止区域的力学响应。在这些区域中，材料表现得像液体：高密度探针下沉，低密度探针漂浮在阿基米德定律给出的深度，移动探针上的阻力与速度成线性关系。材料的流体状特征由在搅拌区域中产生的搅拌设定，这表明非局部流变学：在一个位置处施加的应力和观察到的应变率之间的关系取决于另一个位置处的应变率。
2009-11-24 cond-mat.other cond-mat.soft
Characterizing the surface texture of a dense suspension undergoing dynamic jamming
测量的表面速度和表面纹理的自由传播的剪切堵塞前在稠密的悬浮液进行了比较。粒子图像测速仪（PIV）的速度场被捕获，而表面纹理被捕获在一个单独的实验中，通过观察高速摄像机的悬浮液表面上的直接反射。提出了一种基于局部窗口快速傅里叶变换的表面特征及其方向量化方法。表现出强烈的表面特征的区域对应于通过PIV测量确定的固体状堵塞区域。此外，堵塞区域内的表面特征主要定向在与应变张量的本征向量相同的方向上。因此，从图像的自由表面，我们的分析是能够表明，表面纹理包含的信息的主要应变方向和传播的干扰前。
2021-09-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A constitutive model for brittle granular materials considering the competition between breakage and dilation
基于新近提出的破碎力学理论，提出了一种脆性颗粒材料的本构模型。与以前的断裂力学为基础的模型相比，所提出的模型进行了改进，以捕捉应变软化的临界状态下观察到的峰值应力在致密试样剪切，并同时演变的断裂和扩张。考虑膨胀和颗粒破碎之间的竞争，使模型能够捕获破碎引起的围压增加时的塑性和峰值强度的降低。模型参数对整体材料响应的影响通过基于基准实验数据集的详细校准过程来描述。排水三轴压缩实验的两个砂的预测结果的比较表明，丰富的模型成功地捕捉应变软化的固结试样，剪切驱动的应力-应变行为在不同的限制水平向临界状态的演变，从固结到压实的体积响应的过渡，和颗粒级配的演变，由于分布的破碎事件。所提出的框架是能够定性地再现实验观察到的应力-粘性-破碎关系在脆性颗粒材料在低压制度。
2019-02-20 cond-mat.soft
Velocity Distribution and Cumulants in the Unsteady Uniform Longitudinal Flow of a Granular Gas
均匀纵向流的特征在于线性纵向速度场$u_x(x,t)=a(t)x$，其中$a(t)={a_0}/({1+a_0t})$是应变率、均匀密度$n(t)\propto a(t)$和均匀颗粒温度$T(t)$。对三个（一个正的和两个负的）初始应变率代表值$a_0$，给出了非弹性硬球Boltzmann方程的直接模拟Monte Carlo解。从不同的初始条件开始，约化应变率$a^*\propto a_0/\sqrt{T}$，非牛顿粘度，第二和第三速度累积量，和三个独立的边缘分布函数的时间演化已被记录。消除有利于减少应变速率的时间$a^*$表明，在每个粒子几次碰撞后，不同的初始状态被吸引到共同的“流体动力学”曲线。从累积量和边际分布的分析中观察到麦克斯韦性质的强烈偏离。
2018-09-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Deformation-Driven Diffusion and Plastic Flow in Two-Dimensional Amorphous Granular Pillars
我们报告了一个结合实验和模拟研究的变形引起的扩散在压实的二维非晶颗粒柱，其中热波动起着微不足道的作用。支柱，由直立在基板上的双分散圆柱形缩醛塑料颗粒组成，通过以恒定速度移动的刚性杆单轴和准静态地变形。柱中的塑性流动和颗粒重排的特征在于通过计算与两个变形阶段之间的每个颗粒相关联的最佳拟合仿射变换应变和非仿射位移。非仿射位移表现出指数交叉从弹道扩散行为的累积偏应变，表明在非热颗粒填料，累积偏应变在热系统中起着时间的作用，并驱动有效的颗粒扩散。通过数值模拟进一步研究了颗粒柱的尺寸效应，发现不同尺寸的颗粒柱在变形过程中遵循自相似的形状演化规律。此外，柱的屈服应力随柱尺寸线性增加。在变形过程中形成的瞬态剪切线的支柱变得更加明显的支柱尺寸的增加。这些基本剪切带的宽度约为颗粒直径的两倍，并且不随柱尺寸而变化。
2015-02-04 cond-mat.soft
Anisotropic elastic theory of preloaded granular media
从颗粒间接触的微观弹性出发，系统地导出了静态预加载颗粒介质中应力的宏观弹性描述。假设的预加载状态和接触处的摩擦确保了晶粒间接触的网络不会因小的扰动而改变。该网络的纹理，由系统的准备设置，在二阶和四阶织物张量中编码。一个小的扰动会产生法向和切向的晶粒间力，后者会导致晶粒重新取向。这种再取向响应和增量应力用宏观应变表示。
2004-09-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
