Nonadditivity of Fluctuation-Induced Forces in Fluidized Granular Media
我们研究了浸入随机驱动颗粒流体中的入侵粒子之间的有效长程相互作用。两个入侵者之间的有效Casimir力，引起的波动的流体动力场，可以改变其符号时，改变控制参数：体积分数，入侵者之间的距离，和恢复系数。更有趣的是，通过插入更多的入侵者，我们验证了波动引起的相互作用不是成对加性的。模拟结果与基于模式耦合计算的理论预测定性一致。这些结果为研究流化颗粒介质中集体行为的机理提供了新的思路。
2012-05-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Intruder penetration into granular matter studied by Lock-in Accelerometry
了解侵入体在颗粒层中的渗透动力学不仅与基础物理学有关，而且与可能受地震影响的地区的沉积物或颗粒土壤上的地球物理过程和建设有关。在这项工作中，我们使用Lock-in加速度计来研究入侵者对准二维颗粒物质的横向振动流化的渗透。我们观察到，有两个明确的阶段，在渗透动力学的入侵者沉入颗粒状材料。
2016-09-29 cond-mat.soft
Drag reduction during the side-by-side motion of a pair of intruders in a granular medium
本文通过实验研究颗粒介质中一对球形侵入体并排运动时的阻力变化，发现小间距下平均阻力降低并随深度增强，进而提出基于接触链断裂的阻力降低模型，揭示了沙中固体运动的协作效应。
2024-11-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Influence of the size of the intruder on the reorganization of a 2D granular medium
我们考虑了入侵者撤离引起的垂直二维颗粒堆积的重排。在这里，我们专注于入侵者的规模对重组过程的影响。的长期演变的颗粒包装的调查，以及雪崩动力学特征的短期重排周围的入侵者。对于足够小的入侵者，我们观察到形成的拱门，定期不稳定和影响的重组动态的二维包装通过较大的重排事件。
2019-07-25 cond-mat.soft
Particle flows around an intruder
粒子流注入光束和散射的入侵者进行了数值研究。我们发现了一个交叉的阻力从爱泼斯坦定律牛顿定律，这取决于速度的热速度的比率。这些定律可以通过简单分析入侵者和粒子流之间的碰撞模型来再现。在低速区，由于束流粒子所产生的阻力随时间的演化，也出现了从Epstein定律到Stokes定律的过渡。我们还显示了存在的类似的行为的粒子流背后的入侵者的第二个不变量的速度梯度张量和相对均方位移的高速政权和一个大的入侵者的援助。
2020-08-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Mean square displacement of intruders in freely cooling multicomponent granular mixtures
本研究针对自由冷却多组分颗粒混合物中的示踪粒子，采用第二索宁近似求解扩散系数并推导均方位移的对数时间依赖关系，通过直接模拟蒙特卡洛方法验证了该近似优于一阶近似，且长时间极限下与已有结果吻合。
2024-11-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Impact of grain properties on the penetration of intruders near a wall into granular matter: a DEM study
采用离散元法模拟了近壁圆柱形侵入体的侵彻过程，研究了颗粒系统对颗粒力学性质变化的敏感性。模拟再现了真实的实验装置，改变了颗粒的摩擦、杨氏模量和恢复系数。
2021-11-08 cond-mat.soft
Lift and drag in intruders moving through hydrostatic granular media at high speeds
最近，实验表明，入侵者水平拖动通过密集，流体静力学颗粒填料的力主要取决于当地的表面取向，可以看作是施加在小表面元素的力的总和。为了更深入地理解这种力，我们进行了二维软球分子动力学模拟，在类似的设置，入侵者通过50-50双分散颗粒填料，直径为0.30和0.34厘米。我们测量，对于圆形和半圆形，平行（阻力）和垂直（升力）的阻力方向的阻力速度的函数，与V=10.3-309厘米/秒，和入侵者的深度，与D=3.75-37.5厘米。作用在入侵者上的阻力随V和D单调增加，并且在圆上更大。然而，升力并不单调地依赖于V和D，这种关系受入侵者形状的影响。垂直力对于半圆是负的，但对于V和D的小范围，我们测量到正升力。我们没有发现圆上升力的符号变化，它总是正的。的非单调依赖的解释是有关的减少接触的入侵者V的增加。这在性质上类似于超音速气流从障碍物上脱离。分离的图片支持的模拟测量的速度场周围的入侵者和力剖面上测得的表面。
2013-07-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Experiments in the penetration of cuboid intruders near walls into granular matter
当一个物体进入颗粒物质的边界附近，它会经历一个水平的排斥，由于入侵颗粒壁的相互作用。在这里，我们实验表明，一个正方体入侵者，从静止释放无初速度，靠近一个垂直的墙到它的左边，经历了三种不同的运动：它首先顺时针倾斜，然后“滑动”远离墙壁，最后逆时针倾斜。这种动态高度有利于排斥和渗透的长方体入侵者相比，观察到从它的释放远离墙壁
2021-12-04 cond-mat.soft
Vertical pullout of a non-spherical intruder from a granular medium: From system-wide response to avalanching around the intruder
Tokyo University of Marine Science and Technology（东京海洋大学）；Japan Agency for Marine-Earth Sciences and Technology（日本海洋地球科学技术机构）
针对现有颗粒介质侵入体研究多局限于球形侵入体和小位移范围的不足，研究了板状侵入体远超破坏点的竖向拔出过程，揭示了破坏后阻力收敛、锥形有效形态稳定及料斗离散流的规律。
2025-10-16 cond-mat.soft
Drag induced lift in granular media
实验室实验和数值模拟表明，淹没入侵者水平拖动在恒定速度的颗粒介质中经历的升力，其符号和大小取决于入侵者的形状。将不同倾角的平板上的应力与相同方向区域的入侵者上的局部表面应力进行比较，表明入侵者升力可以很好地近似为平板单元的贡献之和。板应力是从板附近流动介质的力平衡推导出来的。
2011-08-09 cond-mat.soft
Intruder mobility in a vibrated granular packing
我们实验研究了一个密集的入侵者在重力作用下下沉的动力学振动的二维颗粒填料。周围的流动模式的特点和下降的轨迹被解释在一个effectivive摩擦系数有关的入侵者的平均下降速度（流动规则）。在较高的围压，即接近堵塞，过渡到间歇性动态的证据，并显示异常的“开-关”封锁统计。对不同侵入物尺寸的流动规则的系统分析，无论是在流动状态下还是在流动和阻塞状态下的平均值，都强烈表明振动填料流变学存在非局部性质。
2011-06-24 cond-mat.soft
Modified Archimedes' principle predicts rising and sinking of intruders in sheared granular flows
我们通过计算确定了剪切颗粒流中单个球形入侵颗粒的力随颗粒大小、颗粒密度、剪切速率、上覆压力和重力加速度的变化。该力的大小与阿基米德原理预测的浮力相似，但与阿基米德原理预测的浮力不同。偏差仅取决于侵入物与床层颗粒尺寸比，而不取决于密度比或流动条件。我们提出了一个简单的力模型，成功地预测入侵者上升或下沉，只知道的大小和密度比，在物理实验中的各种流动配置。
2019-06-07 cond-mat.soft
Rise time of spherical intruder in granular fluid
建立了一个模型来解释球形入侵者在颗粒床中的上升时间，颗粒床被认为是流体。颗粒层中侵入物上升的现象被称为巴西果效应。入侵者的半径随$R_n = R_0 n, n = 1 .. 10$而变化。为了简化入侵者垂直位置二阶微分方程的求解，从而得到上升时间T，选择了对$t << τ$的近似。为了控制结果以定性地模拟报道的实验，需要引入非物理参数$α$以及从$T$到$T'$的转换。提出并讨论了上升时间$T_n$的几种形式以及相对于$n$的变换上升时间$T_n'$。
2011-05-16 cond-mat.soft
Role of shape on the forces on an intruder moving through a dense granular medium
我们使用数值模拟来研究入侵者的形状对阻力和升力的影响，它在移动通过由平均直径为d的多分散盘组成的颗粒介质时经历了阻力和升力。侵入速度v从0.1 \sqrt（dg）到20 \sqrt（dg）不等。对于无摩擦颗粒（μ= 0.0），阻力随v的增加而逐渐增加，而对于有摩擦的颗粒（μ= 0.1，0.5），在低速时出现恒定的阻力区。只要横截面相同，拖曳力对物体形状的依赖性很弱。拖曳力线性地依赖于浸没深度，而对于某些形状，升力随深度的变化非常小。在给定的速度下，物体所经历的升力是其形状的强函数。形状对入侵者表面周围的接触分布有影响，这可能导致某些形状的强升力。我们还展示了入侵者表面周围的力分布。
2020-11-25 cond-mat.soft
Segregation of an intruder in a heated granular dense gas
重新审视了最近的分离准则[V. Garzó，Phys. Rev. E \textbf{78}，020301（R）（2008）]，该准则基于由非弹性Enskog方程描述的加热颗粒气体中入侵者的热扩散因子$Λ$。$Λ$的符号提供了巴西坚果效应（BNE）和反向巴西坚果效应（RBNE）之间过渡的判据。目前的理论包括两个额外的成分没有考虑到以前的理论尝试。首先，该理论是基于对入侵者质量通量输运系数的第二Sonine近似。第二，温度比（入侵者的温度超过主机粒状气体）对固体体积分数的依赖性被考虑在第一和第二Sonine近似。为了检验Sonine近似的准确性，还采用直接模拟蒙特卡罗（DSMC）方法对Enskog方程进行了数值求解，得到了动力学扩散系数$D_0$。理论和模拟之间的比较表明，第二Sonine近似的$D_0$产生的第一Sonine近似的改进时，入侵者比气体粒子在大的非弹性范围内轻。相对于BNE/RBNE过渡的相图的形式，因子$Λ$的动力学理论结果表明，虽然这些图的形式敏感地依赖于考虑当重力不存在时的Sonine近似的阶数，但在相反的极限（重力主导热梯度）中，两个Sonine解之间没有显着差异。在前一种情况下（无重力），第一Sonine近似高估了RBNE区域和耗散对热扩散偏析的影响。
2012-02-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Lift force acting on an intruder in dense, granular shear flows
我们报告了一个新的升力模型的入侵者在密集，颗粒剪切流。我们的推导是基于Trujillo & Hermann[L. Trujillo和H. J. Herrmann，Physica A 330，519（2003）.]，但是在推导作用于侵入物的净浮力时考虑了颗粒温度和压力差。在第二步中，该模型被扩展到也考虑到入侵者和床颗粒之间的密度差。该模型很好地预测入侵者的上升和下沉，作用在入侵者上的升力确定的离散元模型（DEM）模拟和中性浮力限制的入侵者在剪切流。从现象学上讲，我们观察到在系统中引入入侵者时的冷却。这种冷却效应随着入侵者的大小而增加，并解释了大型入侵者的下沉。另一方面，引入小到中等尺寸的侵入物，即高达床颗粒尺寸的4倍，导致颗粒压力与静水压力相比降低，这又导致小到中等尺寸的侵入物上升。
2021-07-01 cond-mat.other cond-mat.soft
Intruders in disguise: Mimicry effect in granular gases
一般来说，非弹性和粗糙硬球的多组分颗粒气体中的总动能在不同的自由度之间是不均等地分配的。另一方面，部分能量均分，原则上，可以达到适当的组合下的系统的力学参数。假设恢复系数的共同值，我们使用动力学理论工具来确定的条件下，在均匀冷却状态下的颗粒混合物的组分具有相同的平移和旋转温度的单组分颗粒气体（“模仿”效应）。给定浓度和尺寸比的值，模仿效应要求质量比取特定值，较小的球体具有比较大球体更大的颗粒质量密度。的理论预测的情况下，一个杂质浸没在主机粒状气体进行比较，对DSMC和分子动力学模拟具有良好的协议。
2019-06-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
A smart granular intruder
本文提出一种配备可充气囊袋的智能颗粒侵入体，通过自主响应轻微调整自身对称性，有效纠正其在颗粒介质中沉降时的非预期倾斜和路径偏移。
2024-03-20 cond-mat.soft
Mobility and diffusion of intruders in granular suspensions. Einstein relation
本文通过Enskog动力学方程和Chapman–Enskog方法研究颗粒悬浮液中入侵粒子的迁移与扩散系数，并用DSMC模拟验证理论，证明爱因斯坦关系偏离1源于入侵粒子参考态的非Maxwell行为且偏离极小。
2023-10-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamics of a massive intruder in a homogeneously driven granular fluid
一个大质量的入侵者在均匀驱动的颗粒流体中，在稀的配置，执行一个无记忆的布朗运动与阻力和温度简单地有关的平均密度和温度的流体。在体积分数$\sim 10-50%$的入侵者的速度与当地的流体速度场：这种情况是近似描述的耦合线性朗之万方程相当于一个广义布朗运动与记忆系统。在这里，我们可以验证涨落-耗散关系的破裂，以及从流体到入侵者的净熵通量的存在，其涨落满足涨落关系。
2012-01-09 cond-mat.soft
Particle Scale Dynamics in Granular Impact
我们进行了实验研究颗粒的影响，入侵者从上面的光弹性磁盘的二维床罢工。高速视频捕捉入侵者的动态和当地的颗粒力响应，允许调查在这个过程中的颗粒尺度机制。我们观察到丰富的声学行为在入侵者的前沿，强烈波动的空间和时间，我们表明，这种声学活动控制入侵者减速，包括在短时间尺度的大的力波动。平均入侵者动态匹配以前的研究使用经验力定律，提出了一个新的微观图片，其中声能被带走和消散。
2012-12-05 cond-mat.soft
Segregation forces in dense granular flows: Closing the gap from single intruders to mixtures
使用模拟和虚拟弹簧为基础的方法，我们测量的隔离力，Fseg，在一个范围内的大小bidisperse混合物浓度，粒度比，和剪切速率开发一个模型Fseg扩展其适用性从充分研究的非相互作用的入侵者政权有限浓度的混合物，合作现象发生。该模型预测的浓度低于单一入侵者的假设适用，并提供了一个准确的描述物种之间的压力分区。
2021-08-25 cond-mat.soft
Intruders cooperatively interact with a wall into granular matter
当一个圆柱形物体穿过垂直边界附近的颗粒物质时，它会经历两种效应：它的质心水平移动远离壁面，以及它绕着它的对称轴旋转。在这里，我们的实验表明，如果两个相同的入侵者，而不是一个并排释放附近的墙壁，这两种效果也被检测到。然而，由于入侵者之间的合作动态，出现了意想不到的现象。两个入侵者的共同质心所移动的净水平距离远大于在离壁相同初始距离处释放的一个入侵者所移动的净水平距离，并且旋转也更大。离散元方法很好地描述了实验结果，它揭示了另一个意想不到的现象：当四个入侵者在墙壁附近作为一个柱释放时，它们像一条“弯曲”的链条一样穿透墙壁，因此它的下端非常强烈地被排斥。
2021-11-04 cond-mat.soft
Micromechanics of intruder motion in wet granular medium
我们调查的入侵者移动通过沉积介质，其中包括透明的颗粒状水凝胶浸入水中，以及由此产生的运动的介质所遇到的有效摩擦。我们表明，有效摩擦$μ_e$上的球形入侵者被捕获的惯性数$I$的入侵者移动的时间尺度和惯性时间尺度的上覆岩层压力设置的粒状介质的比率。此外，$μ_e$由函数$μ_e(I) = μ_s + αI^β$描述，其中$μ_s$是静摩擦，而$α$和$β$是与侵入物深度和尺寸无关的材料相关常数。通过测量入侵者周围的颗粒组分的平均流量，我们发现入侵者和颗粒介质之间的显着滑移。与粘性牛顿流体相比，介质的运动被强烈地限制在入侵者附近，并且是入侵者大小的量级。随着介质深度的增加，介质的回流发生在离侵入物更近的地方。此外，我们研究的可逆和不可逆的位移的介质，不仅以下的介质作为入侵者向下移动，但也同时返回入侵者回到原来的深度。我们发现，流动在很大程度上保持可逆的准静态制度，以及当$μ_e$迅速增加的范围内的$I$探测。
2018-07-20 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Cooperative effects induced by intruders evolving through a granular medium
在颗粒集合体中施加机械扰动可以重新排列颗粒的构型。然而，一个事件的空间传播是不相关的外部扰动的大小单独。因此，一个事件的特征长度尺度没有很好地定义。在这项研究中，我们通过驱动两个入侵者通过一个垂直的二维磁盘包装触发重排。出现在两个进化入侵者周围的颗粒集合体的重排幅度与它们的分离距离有关。我们发现，入侵者之间存在一个特征距离，在此距离下，一个入侵者上方的颗粒的动态会受到另一个入侵者的影响。入侵者的大小对这个特征长度几乎没有影响。最后，我们表明，颗粒的运动之间的相关性随着远离入侵者在一个更大的长度尺度的距离减小。
2018-05-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The role of initial speed in projectile impacts into light granular media
系统研究了弹丸在不同撞击速度下撞击由发泡聚丙烯（EPP）颗粒组成的轻质颗粒材料的过程。在实验上，入侵者移动的颗粒状材料内的轨迹监测与最近开发的非侵入性微波雷达系统。在数值上，离散元模拟与粗粒化技术，以解决这两个动态的入侵者和响应的颗粒床。我们的实验和数值结果的入侵者动力学相互同意定量和符合现有的唯象模型的颗粒阻力。进一步，我们探索“微观”起源的颗粒阻力通过表征颗粒床的响应，包括密度，速度和动力应力场的平均场水平。此外，我们发现，入侵者后面的空腔崩溃的动力学行为与不同的碰撞速度定性不同。此外，在入侵者的同向运动系统中，入侵者前方的动压呈指数衰减。它的缩放产生了一个特征长度尺度，这是入侵者的大小顺序。这一发现与我们在所有情况下发现的长尺度惯性耗散类型完全一致。
2019-12-01 cond-mat.soft
Universality in quasi-2D granular shock fronts above an intruder
本文对形状、尺寸和相对撞击速度系统变化的准二维稀相颗粒绕流进行了实验研究。流场的直接测量揭示了流场的不均匀性的三个原则上独立的测量实际上都是线性相关的：1）颗粒温度，2）流场发散和3）剪切应变速率。冲击波阵面被定义为这些测量中的每一个的局部最大值。激波阵面的形状可以用一个倒置的悬链线来描述，并且在定常流动中由动态拱的形成来驱动。我们发现的普遍性的冲击波阵面的函数形式的范围内的实验值探测。改变入侵者的大小、速度和撞击速度只会导致激波阵面的缩放和移动。我们独立地测量了入侵者的水平升力，发现它可以被理解为激波轮廓和入侵者形状之间相互作用的结果。
2017-05-31 cond-mat.soft
Steady Flow Dynamics during Granular Impact
我们研究实验和计算颗粒流的动力学过程中的影响，入侵者罢工的磁盘从上面的集合。在该政权的颗粒力动力学比入侵者的运动更快，我们发现，入侵者附近的粒子流是成比例的瞬时入侵者的速度，它基本上是恒定的，当归一化的速度。颗粒流几乎没有发散，并且与入侵者保持平衡，尽管后者迅速减速。模拟结果表明，这一观察是不敏感的晶粒特性，这可以解释的晶粒间力动力学和入侵者动力学之间的时间尺度的分离。假设有一个可比的时间尺度分离，我们希望我们的结果适用于广泛的一类动态或瞬态颗粒流。我们的研究结果表明，静态的时间颗粒流的描述可能会扩展或修改，以描述这些动态流。此外，我们发现，准确的颗粒-颗粒相互作用是没有必要正确地捕捉颗粒流在这个政权。
2016-04-28 cond-mat.soft
Intruder dynamics in granular media under localized surface loading
Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)（坎皮纳斯州立大学机械工程学院）
研究局部表面载荷下颗粒介质中水平驱动球形侵入体的动力学，发现表面过载会引发侵入体瞬态减速，建立含表面应力传递的模型，为量化表面应力对地下侵入体动力学的影响提供框架。
2026-09-02 cond-mat.soft
Collisional Model of Energy Dissipation in 3D Granular Impact
我们研究的动态过程中发生的颗粒组装时，由一个固体冲击器。从撞击物到目标的动量转移示出发生通过零星的，正常的高力携带颗粒在入侵者表面的碰撞。因此，我们描述了通过碰撞为基础的模型的影响的停止力。为了验证模型的影响实验中，我们确定的力量作用于入侵者减速通过一个致密的粒状介质，使用高速成像其轨迹。通过改变入侵者的形状和颗粒目标，入侵者-颗粒相互作用推断的后续路径。因此，我们连接到入侵者的形状和颗粒密度的影响的基础上提出的碰撞模型的阻力。
2016-10-28 cond-mat.soft
On the mean square displacement of intruders in freely cooling granular gases
我们计算的均方位移（MSD）的入侵者沉浸在一个自由冷却的颗粒状气体组成的光滑的非弹性硬球。在一般情况下，入侵者和颗粒气体的颗粒被假定为具有不同的机械性能，这意味着非均分的能量必须占在扩散系数$D$的计算。在流体动力学制度中，冷却颗粒气体的颗粒温度$T$的时间衰减已知由哈夫定律决定;入侵者的碰撞频率的相应衰减需要扩散系数$D$的时间减小。明确的知识，这种时间依赖性，使我们能够确定MSD通过整合相应的扩散方程。在以前的研究中的自扩散（入侵者机械相当于气体粒子）和布朗极限（入侵者的质量远远大于粮食的质量），我们发现对数时间依赖的MSD作为一个后果的哈夫定律。在对数时间增长之外，我们发现MSD以高度复杂的方式依赖于力学系统参数。为了解释所观察到的行为，我们详细分析了入侵者的随机行走，由与硬球碰撞引起的各向异性偏转中断的弹道位移组成。我们还表明，MSD可以被认为是从一个等效的随机行走各向同性，不相关的步骤。
2022-06-22 cond-mat.soft
Prediction of the maximum penetration of a circular intruder in a two-dimensional granular bed from its early trajectory using Machine Learning
Center for Complex Systems, Physics Faculty, University of Havana（哈瓦那大学物理学院复杂系统中心）
本研究利用机器学习从早期轨迹预测圆形侵入体在二维颗粒床中的最大穿透深度，发现单一特征即可实现高精度预测，揭示了密度信息已隐含于早期冲击响应中。
2026-09-17 cond-mat.soft
Segregation by thermal diffusion of an intruder in a moderately dense granular fluid
的非弹性Enskog方程，超出了弱耗散极限，并适用于中等密度的解决方案是用来确定入侵者的热扩散系数浸没在一个稠密的颗粒状气体在重力作用下。这个因素提供了一个隔离标准，显示巴西坚果效应（BNE）和反向巴西坚果效应（RBNE）之间的过渡，通过改变系统的参数（质量，大小，密度和恢复系数）。BNE/RBNE转变的相图的形式敏感地依赖于重力相对于热梯度的值，因此对于给定的系统参数值，可以在两种状态之间切换。两个具体的限制被认为是详细的：（一）重力的情况下，和（ii）均匀的温度。在后一种情况下，经过一些近似，我们的结果是一致的与以前的理论结果来自Enskog方程。我们的研究结果还表明，在没有重力的情况下，耗散对热扩散的影响比在相反的限制更重要。本分析扩展了以前的理论结果中得出的稀释极限的情况下[五Garzó，欧洲物理。Lett. { \bf 75}，521（2006）]并且与一些最近的实验结果的发现一致。
2009-02-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Contacts, motion and chain-breaking in a two-dimensional granular system displaced by an intruder
我们调查数字如何在一个二维颗粒系统的入侵者的运动影响其结构和产生阻力的入侵者。我们利用离散的数值模拟，其中一个较大的磁盘（入侵者）被驱动在一个矩形单元格中的较小的磁盘之间以恒定的速度。通过改变入侵者的速度和基底摩擦，我们得到了入侵者的合力和瞬时网络的接触力，我们分析在细胞和颗粒尺度。我们发现，有一个轴承网络，从入侵者到墙壁的力量，负责堵塞的地区和高值的阻力，和耗散网络，在晶粒内的小力量，在协议与以前的实验压缩颗粒系统。此外，我们发现的各向异性水平的接触网络的不同的力的大小和区域，该力的网络可以达到远下游的入侵者的入侵者的运动结束的区域，该力的网络的程度随着降低的基底摩擦而降低，并且出现在入侵者下游的空隙区域（腔）往往消失为较低的基底摩擦值。有趣的是，我们的研究结果表明，轴承链内的晶粒蠕变，而链断裂，揭示轴承链崩溃的机制。
2022-03-18 cond-mat.soft
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
Lift Force on a Moving Intruder in Granular Shear Flow
本文通过DEM模拟研究颗粒剪切流中球形侵入体的升力，发现其随滑移速度呈非单调变化且与流体Saffman升力方向相反，并揭示空隙区域和剪应力差异是导致该现象的关键机制。
2024-09-28 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Effect of two parallel intruders on net work during granular penetrations
研究了单个被动入侵者对颗粒的影响。然而，多个入侵者彼此相隔一定距离所产生的冲击力，以及它们彼此靠近所产生的影响，在很大程度上尚未得到探讨。在这里，我们使用数值模拟和实验室实验来研究两个平行的杆垂直侵入颗粒介质，同时改变它们之间的间隙间距的力响应。我们还探讨了摩擦力的变化，入侵者的大小，和颗粒大小的力响应的效果。测量了两个杆在侵入深度上的净功（$W$），并通过模拟计算了颗粒在侵入持续时间上的瞬时速度。我们发现入侵者所做的功随着它们之间的距离而变化。我们观察到$W$在$\sim$ 3颗粒直径的间隙间距处的峰，其比在大分离（\textgreater 11颗粒直径）处的$W$大高达25%，超过其净功稳定。这个峰值可能是由于入侵者之间的粒子流较少，因为我们发现在峰值力周围的间隙处的粒子域中有大量的强力--被识别为力链。虽然更高的摩擦引起更大的力产生在入侵，入侵者之间的间隙间距，在那里产生的峰值工作保持不变。较大的入侵者的大小导致更大的净工作与峰值在$W$发生在略大的入侵者分离。总之，我们的结果表明，两个平行入侵者完成的峰值工作保持在一个狭窄的范围内，对大多数其他测试参数保持稳健。
2020-10-28 cond-mat.soft
Dynamics of a grain-scale intruder in a two-dimensional granular medium with and without basal friction
我们报告了一系列的实验中，一个颗粒大小的入侵者被推通过一个2D的颗粒状材料组成的光弹性盘在库埃特几何弹簧。我们研究了入侵者的动力学作为两种类型的支持基板的包装分数的函数：摩擦玻璃板和一层水的基础摩擦力可以忽略不计。我们观察到两个动态的制度：间歇流，入侵者自由移动的大部分时间，但偶尔会卡住，粘滑动力学，入侵者通过一系列不同的，快速的事件。当基底摩擦存在时，我们观察到两个制度之间的平滑交叉作为填充分数的函数，并且我们发现，降低颗粒间摩擦系数会导致粘滑制度向更高的填充分数转移。当基础摩擦被消除，我们观察到间歇性流动在所有可访问的包装分数。对于所有的情况下，我们提出的统计结果的坚持事件，入侵者的速度，并施加在入侵者的颗粒的力量。我们的研究结果表明，在高包装分数的基础摩擦的定性的重要性，并建议入侵者之间的动态静态材料和堵塞动态颗粒流的连接。
2019-10-08 cond-mat.soft
Collisional Model for Granular Impact Dynamics
当入侵者从上方撞击颗粒状物质时，颗粒会施加一种阻止力，使入侵者减速并停止。许多以前的研究使用了宏观力的法律，包括阻力是速度的平方，来表征对入侵者的减速力。然而，力法术语的微观起源仍然是一个有争议的话题。在这里，从以前的实验与光弹性粒子，我们提出了一个模型，它描述了速度平方力的重复碰撞与颗粒群。从我们的高速光弹性数据，我们推断，“集群”对应的部分强大的力量网络所激发的推进入侵者。该模型预测的比例关系的速度平方阻力，占入侵者的形状。此外，我们表明，碰撞模型预测旋转，这取决于入侵者的形状不稳定。为了测试这个模型，我们进行了一个全面的实验研究的动态二维颗粒的影响床的光弹性磁盘，不同的配置文件的入侵者的前缘。我们特别专注于一个简单而有用的情况下，测试形状的影响，使用三角鼻入侵者。我们表明，碰撞模型有效地捕捉了入侵者减速和旋转的动态;即，这两种动力学效应可以被描述为同一颗粒尺度物理过程的两种不同表现。
2013-12-16 cond-mat.soft
`Sinking' in a bed of grains activated by shearing
我们展示了如何弱力，$f$，使入侵者运动通过致密的颗粒状材料受到外部机械激励，在这种情况下逐步剪切。在二维光弹性圆盘系统中，力作用在特氟龙圆盘上。这个力比在没有任何外部激励的情况下移动圆盘所需的最小力小得多。在一个循环中，材料+入侵者被准静态地从$γ= 0$剪切到$γ_{max}$，然后返回到$γ= 0$。在不同的周期阶段，脆弱和堵塞的状态形成。净侵入体运动$δ$发生在切变逆转产生的脆弱期。每个循环的$δ$，例如准静态速率$c$，是恒定的，线性地依赖于$γ_{max}$和$f$。它以$c \propto (ϕ_c - ϕ)^a$的形式消失，以$a \simeq 3$和$ϕ_c \simeq ϕ_J$的形式消失，反映了颗粒系统在剪切作用下的硬化为$ϕ\rightarrow ϕ_J$。入侵者运动诱发大尺度的颗粒环流。在入侵帧中，这种运动是一个颗粒模拟流体流动通过一个圆柱体，其中$f$是由流动施加的阻力。
2017-12-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Drag force on cylindrical intruders in granular media: Experimental study of lateral vs axial intrusion and high grain-polydispersity effects
我们报告了实验测量的阻力所经历的固体圆柱体穿透颗粒床的玻璃珠，具体地说，包括一个高度多分散的样品，粒度在1-100 μm。我们考虑横向和轴向侵入的情况下，在长轴的圆柱体是水平和垂直，分别举行。我们探索不同的制度的行为作为穿透深度的函数的阻力。在横向侵入，在那里的运动是有效的准二维，我们建立定量比较与现有的理论预测在整个深度范围。在轴向侵入，我们观察到特殊的波动的力-深度分布在很宽的范围内的侵入速度和不同的圆柱体直径。我们认为，这些波动反映了一般的剪切破坏在高度多分散的样品，可以理解的极限承载力理论的基础上半定量的水平。
2022-08-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Swimming in Granular Media
我们研究了一个简单的模型，定期收缩和扩展的大型入侵者在颗粒床，以了解游泳的机制，否则固体介质。使用事件驱动的模拟，我们发现理想化的游泳者必须使用的最佳条件，以严格的沙床，使其足够刚性，以支持负载时，需要的，但足够的流体，以允许运动的阻力最小。游泳者-或其他入侵者-太快地移动床会产生大的空隙，从而阻止实现牵引力，而移动太慢的游泳者在床重新固化之前无法行进，即，游泳者局部探测粒状填料中的基本时间尺度。
2009-11-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Collaborative behavior of intruders moving amid grains
本文利用离散数值模拟方法研究了二维颗粒系统中入侵者群体的运动。通过对在较小的圆盘（颗粒）内移动的较大圆盘（入侵者）施加恒定的速度或推力，我们获得了每个入侵者和颗粒的瞬时位置和力的分量。我们发现：（i）入侵者即使在相对较远的距离也会合作;（ii）合作动力学是连接入侵者的接触链以及每个入侵者前后颗粒介质的压缩和膨胀的结果;（iii）合作行为取决于入侵者的初始排列;以及（iv）对于某些初始布置，最终达到相同的空间构型。最后，我们证明了存在一个最佳的距离为最小阻力为一组给定的入侵者，这可以证明是有用的设备搅拌地面或其他颗粒表面。
2022-12-02 cond-mat.soft
Diffusion of intruders in a granular gas thermostatted by a bath of elastic hard spheres
本文通过玻尔兹曼方程和 Chapman-Enskog 方法研究了弹性硬球热浴中颗粒气体入侵粒子的扩散输运系数，理论预测与模拟吻合，并分析了热扩散分离。
2025-10-06 cond-mat.soft
Intruder in a two-dimensional granular system: statics and dynamics of force networks in an experimental system experiencing stick-slip dynamics
该研究针对环形准二维光弹性颗粒系统中的受驱动侵入体粘滑现象，利用基于颗粒积分应变构建网络结合持续图拓扑分析的方法，发现粘着阶段静止时力网络仍非平凡平滑演化，存在滑移前兆，且五边形颗粒系统的网络测度波动显著大于圆盘系统。
2023-07-24 cond-mat.soft
Diffusion of intruders in granular suspensions: Enskog theory and random walk interpretation
本文通过Enskog理论和随机游走解释，研究颗粒悬浮液中入侵者的扩散系数，发现第二Sonine近似与模拟高度一致，并揭示碰撞效应显著影响扩散。
2023-08-01 cond-mat.soft
Intruder in a two-dimensional granular system: Effects of dynamic and static basal friction on stick-slip and clogging dynamics
我们讨论了入侵者被弹簧拉过二维颗粒系统的模拟结果，使用的模型旨在深入了解Kozlowski等人描述的实验结果[Phys. Rev. E，100，032905（2019）]。在先前的研究中，观察到颗粒与基底之间存在基底摩擦，从而将入侵者的动力学从堵塞改变为粘滑。在这里，我们首先表明，我们的模拟结果与实验数据非常吻合的各种实验可访问的摩擦系数管理粒子相互作用和边界。然后，我们使用模拟来探索更广泛的参数空间，重点是粒子和基底之间的摩擦。我们考虑了一系列的静态和动态的基础摩擦系数，这是很难在实验中顺利变化。模拟结果表明，动态摩擦强烈影响粘滑行为时，系数降低到0.1以下，而静摩擦只起着边缘作用的入侵者动态。
2019-10-15 cond-mat.soft
Failure of confined granular media due to pullout of an intruder: From force networks to a system wide response
我们调查计算拔出的球形入侵者最初埋在底部的颗粒柱。一旦拉力达到临界值，入侵者开始移出颗粒床，导致材料失效。破坏点被发现依赖于颗粒柱的直径，指出在确定材料响应的颗粒-壁相互作用的重要性。离散元模拟表明，在故障之前，接触网络基本上是静态的，只有轻微的重新排列的颗粒。然而，力网络，其中不仅包括接触信息，但也有关于相互作用强度的信息，经历了一个非平凡的演变。通过考虑颗粒之间的法向力和切向力的相对大小，特别是达到库仑阈值的接触的比例，达到了初步的认识。更详细的理解导致失败的过程是通过使用持久同源的工具分析力网络的空间和时间特性来实现的。我们发现，粒子之间的力经历间歇性的时间变化之前的故障。除了这种时间的不稳定性，力网络的响应被发现是空间依赖性和接近入侵者的影响。此外，响应显着修改的相互作用强度，与相关的措施描述的响应显示不同的行为的接触，其特征在于大的相互作用力。
2020-05-17 cond-mat.soft
Long-range interactions in randomly driven granular fluids
本文研究了随机驱动颗粒流体非平衡稳态中的长程空间相关性，重点是获得静态结构因子的显式形式。浸没在这样的细颗粒流化床中的不动颗粒的存在导致流体动力场的波动谱的限制，这导致入侵者之间的有效远程相互作用。分析预测与离散元法模拟的结果是一致的。通过改变入侵者的形状和方向，我们解决了边界条件的微小变化如何影响有效力。
2013-09-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Geometry-controlled Onset of Inertial Drag in Granular Impact
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）
本研究通过实验发现圆锥几何形状影响颗粒冲击中惯性阻力的起始速度及强度
2025-12-28 cond-mat.soft
Depth-dependent resistance of granular media to vertical penetration
我们测量了作用于向下进入颗粒介质的入侵者的准静摩擦力。通过利用不同的入侵者的几何形状，我们证明了该力的行为本地正常的入侵者表面。通过改变流体静力学负载的粮食接触通过一个子流化气流通过床，我们证明了相关的摩擦接触是由重力加载，而不是由入侵者本身的运动。最后，通过测量最终穿透深度与空速的关系，并使用惯性阻力的早期结果，我们证明了相同的准静摩擦力的影响。总的来说，这个力是由摩擦系数，静水压力，弹丸的大小和形状，以及无量纲比例常数。后者在几乎所有实验中都是相同的，并且令人惊讶地大于1。
2013-09-16 cond-mat.soft
Journey of an intruder through the fluidisation and jamming transitions of a dense granular media
我们实验研究的运动的入侵者拖到一个无定形单层的水平振动的颗粒在高包装分数。该运动表现出两个转变。第一个转变将相对低的填充率和大的拖曳力下的连续运动状态与高填充率和低拖曳力下的间歇运动状态分开。与这些不同的运动，我们观察到从线性流变学的一个更硬的响应的过渡。因此，我们把这第一个过渡称为“流化”。第二个过渡观察到的间歇性制度内，当入侵者的运动是由间歇性的突发分开长时间的等待时间。我们观察到一个峰值的相对波动的入侵者的位移和一个临界缩放的突发幅度分布。这种转变发生在以前的研究中表征的堵塞点，并定义为静压（即在没有振动的情况下测量的压力）消失的点。调查周围的晶粒的运动，我们表明，以下的fludenation过渡，有一个永久的自由体积后面的入侵者。这种转变的标志是由周围的入侵者，从流动制度中的紧凑的聚集体，以远程分支的形状在间歇性制度的演变重组模式的演变，这表明应力波动的作用越来越大。值得注意的是，这些重组模式的动能的分布也表现出一个关键的缩放在堵塞过渡。
2009-09-25 cond-mat.soft
