Drag force in immersed granular materials
我们调查的阻力作用在大型物体上移动通过颗粒填料浸在水中。在这个目标中，我们进行了隆起实验，包括拔出水平板在一个规定的速度垂直。在这些测试中，我们观察到阻力在低位移时达到峰值，然后衰减。结果表明，阻力峰值随速度的增大而增大，并与板的尺寸和颗粒直径有关。我们确定这些属性的经验标度律，并引入达西流机制，可以解释它们。此外，我们进行了涉及突然停止板块运动的测试，这证明了拖曳力随着时间的推移逐渐松弛。我们讨论如何粘弹塑性力学模拟可以重现这些动态。这些结果和分析突出了干燥和浸没颗粒材料之间的拖曳力的根本差异。
2020-04-26 cond-mat.soft
Tetris Model for Granular Drag
受最近物体垂直通过玻璃珠床的实验的启发，提出了一个研究颗粒阻力的简单模型。该模型由倾斜的二维晶格上的二聚体组成，通过该晶格，物体被非常缓慢地拖动以在移动之间获得完全放松。这样的方法避免了由于更现实的非晶格模型中的静摩擦而导致的复杂性，并且提供了大系统尺寸下的快速仿真。模拟了各种直径的物体在格子中的向上运动，发现与实验结果非常相似。
2005-10-16 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
Drag of an elliptic intruder in a two-dimensional granular environment
数值研究了二维颗粒环境中椭圆入侵者的阻力。平行于入侵者主轴的运动被发现是不稳定的。阻力定律由屈服力和动力项之和给出，动力项由简单碰撞模型近似再现。对于足够大的阻力，入侵者周围的流场很好地拟合从理想流体获得的流线。当入侵者的运动与周围粒子的相互作用平衡时，入侵者周围的应力场也被研究。当已知侵入体表面的应力时，Airy应力函数能很好地再现应力场。
2022-06-15 cond-mat.soft
Geometry-dependent constitutive law for granular slow frictional drag
本文对细杆从颗粒床中缓慢垂直拔出时的摩擦本构关系进行了实验研究。使用一个非常精确的蠕变仪，几何相关的颗粒摩擦本构关系进行了特别检查。在以前的一些工作中，一个无量纲数$I=\dotγD_g/\sqrt{p/ρ_g}$已被用来表征颗粒摩擦本构关系，其中$\dotγ$，$D_g$，$p$，和$ρ_g$分别是剪切应变率，粒径，围压，颗粒床的体积密度。认为$I$所表达的颗粒摩擦本构关系在密相流区具有普适性（几乎与几何无关）。然而，在这项研究中，我们发现，系统的几何形状是更关键的颗粒摩擦在一个非常缓慢的撤回制度的特点。具体地说，杆与颗粒直径之间的比率必须是描述颗粒摩擦本构关系的一个重要参数。在颗粒力学行为与颗粒接触数相关的基础上，讨论了几何相关本构关系的物理意义。
2016-11-12 cond-mat.soft
Granular drag and lift force on a flexible fiber
本研究通过离散元模拟探究柔性纤维在颗粒床中拖拽时的受力，发现系统达到稳态后，阻力和升力可由基于纤维形状特征长度的标度律描述，且均受控于单一无量纲弹性颗粒参数。
2025-11-04 cond-mat.soft
Characterization of the Drag Force in an Air-Moderated Granular Bed
我们测量的扭矩作用在一个垂直于其轴旋转的杆在颗粒床，通过气体的上升流是用来调整颗粒之间的流体静力学负荷。在低转速下的扭矩是独立的速度，但规模二次与杆的长度和深度的线性比例接近零线性上升的气体增加到一个临界值以上的谷物流化。在高旋转速率下，扭矩表现出二次速率依赖性，并且随着杆的长度的4次方而缩放。在这些较高的速率下，扭矩与深度或气流无关。一个模型用来描述所经历的弹丸撞击颗粒床的停止力可以被证明是预测这些行为，我们的系统的几何形状，表明相同的力学决定在颗粒系统中的稳态和瞬态阻力，无论几何形状或材料特性的颗粒。
2009-12-14 cond-mat.soft
Granular Impact: A Grain-scale Approach
本文总结了二维颗粒碰撞的一系列研究，即侵入物体高速撞击颗粒材料。许多以前的研究颗粒碰撞使用的宏观力的法律，这是占主导地位的惯性阻力项成比例的入侵速度的平方。这里的主要焦点是颗粒材料的微观力响应，以及颗粒尺度效应如何产生这种惯性阻力项。我们表明，惯性阻力产生的间歇性碰撞力链状结构。我们建立了一个简单的碰撞模型来解释惯性阻力，以及离轴不稳定性和旋转。最后，我们展示了如何颗粒响应的变化时，入侵者的速度接近$d/t_c$，导致失败的惯性阻力描述在这个政权。这里，$d$是平均粒径，而$t_c$是两个颗粒之间的特征动量转移时间。
2016-11-02 cond-mat.soft
Sedimentation of granular columns in the viscous and weakly inertial regimes
我们研究了点粒子的颗粒柱的动力学，这些颗粒通过长程流体动力学相互作用相互作用，并在重力作用下下落。我们调查的影响，惯性使用格林函数的Oseen方程。初始条件（密度和纵横比）系统地变化。我们的研究结果表明，普遍的自相似法律可能是足够的时间和结构演化的颗粒柱的特征。一个特征时间以上的不稳定性被触发（这可能使集群的形成）也检索和讨论。
2013-10-31 cond-mat.soft
Lift and drag forces on an inclined plow moving over a granular surface
通过实验和数值模拟研究了斜板在颗粒介质表面受拖曳时所受的拖曳力和升力。特别地，我们研究了板的水平速度和其攻角的影响。我们表明，一个稳定的楔形颗粒移动在犁的前面，并且升力和阻力是成比例的重量，这个楔形。这些比例常数随攻角而变化，但不随速度变化（或变化很小）。我们发现了一个普遍的有效摩擦定律，该定律解释了对所有上述参数的依赖性。数值模拟计算了楔体的应力场和速度场，结果表明楔体下存在剪切带，且压力为非静水压力。最强的应力和剪切梯度发生在犁体底部，因此在那里耗散率最高。
2011-07-27 cond-mat.soft
Inertial Force Transmission in Dense Granular Flows
稠密颗粒流被几种连续介质模型很好地描述，然而，它们的内部动力学仍然难以捉摸。本研究探讨在模拟稳态和均匀剪切流的接触力分布。结果表明，存在高幅度的接触力，在更快的流动与刚性颗粒。一个拟议的物理机制解释了这种速率依赖的力传输。这种分析建立了接触力和颗粒速度之间的关系，提供了一个切入点，统一的范围内的连续模型来自接触力或颗粒速度。
2022-11-17 cond-mat.soft
Drag of Two Cylindrical Intruders in a Two-Dimensional Granular Environment
采用离散元方法对二维颗粒环境中两圆柱体的阻力进行了数值研究。我们发现屈服力，低于该力，入侵者不能移动，因为与周围粒子的相互作用。另一方面，在屈服力以上，入侵者可以以恒定的速度移动。我们调查的阻力和入侵者的稳定速度之间的关系，其中的速度变得更高的入侵者之间的距离减小。通过改变摩擦系数的大小，我们证实了屈服的来源是颗粒与底板之间的库仑摩擦。我们还发现屈服力几乎与摩擦系数成正比，这意味着决定屈服力的颗粒数几乎是常数。另一方面，二维弹性力学可用于确定侵入体周围的应力场。我们确认，关于拖动方向不对称的字段被复制通过使用的入侵者的表面上的应力的信息，通过引入双极坐标。
2022-03-24 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
Rapid granular flows on a rough incline: phase diagram, gas transition, and effects of air drag
我们报告的实验上的整体相图的颗粒流的倾斜，重点是高倾角的平均层速度接近终极速度的单个颗粒在空气中自由下落。颗粒流的特征在于通过测量的表面速度，平均层高度，和层的平均密度作为函数的料斗开口，平面倾斜角和下游距离x的流。在大倾角时，流动在整个斜面长度上不会达到x不变的稳定状态。对于低体积流率，检测到密集和非常稀（气体）的流动状态之间的过渡。我们表明，使用真空流动通道，空气没有定性地改变相图，并没有定量地修改颗粒层的平均流速，除了在非常稀的气体相的小的变化。
2006-11-16 cond-mat.soft
Nonadditive drag of tandem rods drafting in granular sediments
我们研究的阻力经历了一对垂直杆移动串联通过颗粒床浸没在流体中作为其分离距离和速度的函数。如在牛顿流体中一样，杆所经历的净阻力最初随着距离从单个杆的值增加，然后平稳到该值的两倍。然而，作用在两个杆上的阻力是显著不同的，与单独的杆相比，前面的杆经历大致相似的阻力，而后面的杆经历的阻力要小得多。在干颗粒床和沉浸在粘性牛顿流体中的准静态和速率相关的制度之间的阻力和距离的异常关系观察。通过折射率匹配，我们可视化的沉积物流过去的两个杆，并显示出一个停滞区的发展，在他们的参考系之间的杆小分离。因此，随着分离距离的减小，后面的杆越来越多地与颗粒流隔离，从而导致更低的净阻力。根据我们的结果，即阻力在短的分离距离下是不可加性的，在将阻力理论应用于在颗粒沉积物中移动的多组分物体时应小心。
2022-02-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Rheology of three dimensional granular chute flows at large inertial numbers
针对颗粒材料时变流变研究不足的问题，通过三维DEM模拟大惯性数下颗粒槽流，发现更高倾角下可形成稳定流动，提出流变描述需结合修正摩擦定律与法向应力差定律以考虑应力各向异性。
2024-05-15 cond-mat.soft
Dynamics of oblique impact in a photoelastic granular medium
当固体射弹撞击颗粒状目标时，它会受到拖曳力，并随着动量转移到颗粒上而突然停止。一个经验的阻力定律成功地描述了由弹丸所经历的力，相应的晶粒尺度机制已被破译正常的影响。然而，很少有研究非正常影响的工作。因此，我们扩展研究，探讨斜的影响，其中一个显着的水平分量的阻力。在我们的实验中，一个弹丸的影响准二维床的双分散光弹性颗粒。我们使用高速成像来测量高分辨率的位置数据的弹丸轨迹，同时可视化颗粒介质中的颗粒尺度的力的传播。当冲击角度变得重要时，应力响应的空间结构揭示了水平方向上相对较弱的力链传播。在此基础上，我们描述了惯性阻力随撞击角的减小。
2019-04-24 cond-mat.soft
Impact drag force exerting on a projectile penetrating into a hierarchical granular bed
固体物体对小物体表面的撞击可以通过固体对分级结构的颗粒目标的撞击来建模。在实验的基础上，建立了分层结构颗粒靶的撞击阻力模型。我们进行了一组颗粒冲击实验，其中机械强度和孔隙率的目标颗粒系统地变化。微小的玻璃珠（直径为$5$ ~ $μ$ m）聚集形成直径为$2$ ~ $4$ ~mm的多孔颗粒。然后，烧结颗粒以控制其强度。将聚乙烯球（直径为$12.7$ ~mm）滴到由这些多孔颗粒组成的分级粒状靶上。穿透球的运动被高速摄像机捕获并分析。我们发现，由分层结构的颗粒目标产生的冲击阻力可以由惯性阻力和深度比例阻力的总和来模拟。分层颗粒碰撞中的深度比例阻力远大于通常由刚性颗粒组成的颗粒靶。药柱强度与冲击动压之比是表征这种超大深度比例阻力的关键无量纲参数。当冲击动压足够大时，冲击动力学过程中，颗粒破裂起着重要作用。这意味着，对于小物体的撞击，也应该考虑颗粒破裂的影响。也许，表面颗粒的有效强度可以根据行星探测器的侵入或着陆的运动学观测来估计。
2022-06-23 astro-ph.EP 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
Nature of granular drag in microgravity
Duke Kunshan University（杜克昆山大学）；Westlake University（西湖大学）；Universität Bayreuth（拜罗伊特大学）；University of Navarra（纳瓦拉大学）
研究微重力环境下颗粒阻力的本质，发现其阻力系数在微重力条件下保持恒定，而在有重力时出现额外项。
2026-03-03 cond-mat.soft physics.space-ph
Drag acting on an intruder in a three-dimensional granular environment
对三维无摩擦干颗粒环境中入侵体所受的阻力进行了数值研究。结果表明：（1）在没有引力的情况下，入侵者的运动不存在屈服力。(ii)阻力与运动入侵者的截面成正比。(iii)如果入侵者大于周围的颗粒，阻力是成比例的移动速度$V$的入侵者的稠密系统，但它表现出一个交叉从二次线性依赖的移动速度时，周围的颗粒的体积分数是远远低于堵塞点。(iv)如果侵入颗粒的尺寸与环境颗粒的尺寸相同，并且体积分数接近堵塞点，则存在阻力几乎与$V$无关的平台区。
2019-11-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Slow Drag in 2D Granular Media
我们研究的阻力所经历的物体缓慢地以恒定的速度通过一个二维颗粒状材料组成的双分散磁盘。拖曳力主要由系统主体的力链结构控制，因此表现出强烈的波动。我们考虑了三个重要的控制参数的系统的效果：包装分数，拖动速度和示踪剂颗粒的大小。我们发现，平均阻力增加作为一个幂律（指数为1.5）在减少包装分数，$(γ- γ_c)/γ_c$，$γ$通过一个关键的包装分数，$γ_c$。相比之下，平均阻力增长缓慢（基本上是对数）与阻力速度，表现出弱的速率依赖性。然而，该系统仍然表现出很强的统计不变性，在这个意义上，许多物理量崩溃到一个单一的曲线在适当的缩放。我们还表明，该系统可以理解使用简单的故障模型，重现许多实验观察。这些实验数据和模拟表明，阻力的波动似乎与系统中力链的形成和断裂有关。此外，我们的模拟表明，对数增加的平均阻力率可以解释，如果缓慢松弛的力链网络。
2004-06-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Intrusion into granular media beyond the quasi-static regime
施加在侵入颗粒介质的物体上的拖曳力可以取决于物体的速度以及穿透的深度。我们报告的入侵实验在恒定的速度超过四个数量级连同系统的分子动力学模拟远远超出了准静态政权。我们发现，在初始碰撞后的一个特征时间，速度依赖性跨越到深度依赖性。这种交叉的时间尺度，这取决于渗透速度，深度，重力和入侵者的几何形状，挑战目前的模型，假设添加剂的阻力的贡献。
2019-10-23 cond-mat.soft
Rheology of a sonofluidized granular packing
我们报告的实验测量下的振动产生的声音注入弱的水平的干燥颗粒材料的流变学。首先，我们测量施加在大量移动的金属丝上的拖曳力。我们发现，当驱动振动能量增加时，有效流变学急剧变化：从非线性动态摩擦行为-随速度弱增加-线性力-速度制度。我们提出了一个简单的启发式模型来解释在有限的振动强度和线性力-速度行为的发病应力动态阈值的消失。其次，我们测量了拖曳速度、振动能量和直径变化时球形入侵者所受的拖曳力。我们证明了一个所谓的“几何硬化”效应较小尺寸的入侵者和对数硬化效应的速度依赖性。我们表明，这最后的效果是只有弱依赖于振动强度。
2009-11-06 cond-mat.soft
Kinetic Theory and Memory Effects of Homogeneous Inelastic Granular Gases under Nonlinear Drag
我们研究了一个稀颗粒气体浸没在一个热浴中，热浴由质量比颗粒小得多的小颗粒组成。假设颗粒具有非弹性和硬相互作用，在碰撞中损失能量，由恒定的正常恢复系数来解释。与热浴的相互作用是由一个非线性阻力加上白噪声随机力建模。该系统的动力学理论是由Enskog-Fokker-Planck方程描述的单粒子速度分布函数。为了得到温度老化和稳态的明确结果，Maxwell近似和第一Sonine近似。后者考虑了过剩峰度与温度的耦合。理论预测进行了比较，直接模拟蒙特卡罗和事件驱动的分子动力学模拟。虽然很好的结果颗粒温度从麦克斯韦近似，一个更好的协议，特别是作为非弹性和阻力非线性增加，发现当使用第一Sonine近似。此外，后一种近似对于解释记忆效应（如Mpemba和Kovacs效应）至关重要。
2022-10-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Viscous-inertial transition in dense granular suspension
当惯性增加时，颗粒悬浮液呈现从斯托克斯极限中的牛顿流变学到Bagnoldian流变学的转变。可以在压力或体积施加模式下运行的定制流变仪用于检查接近堵塞的致密状态下的这种转变。通过改变系统的间隙液，剪切速率，和包装分数在体积施加的测量，我们表明，过渡发生在斯托克斯数为10独立的包装分数。使用压力施加流变仪，我们调查是否可以统一的惯性和粘性制度作为一个单一的无量纲数的函数的基础上应力加和性。
2022-02-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Coupling Heterarchical Granular Dynamics and Computational Fluid Dynamics
提出一种异质颗粒-流体动力学模型，通过惯性力驱动颗粒速度和流固动量交换，高效模拟流体中颗粒尺寸分离。
2026-06-23 cond-mat.soft
Velocity Distributions of Granular Gases with Drag and with Long-Range Interactions
研究了静电驱动下颗粒气体的速度统计特性。对于两个不同的实验：（i）粘性流体中的非磁性粒子和（ii）空气中的磁性粒子，其速度分布为非麦克斯韦分布，其高能尾为指数分布，P（v）~ exp（- |v|）。这一行为与受驱耗散粒子的动力学理论是一致的。对于浸没在流体中的粒子，粘性阻尼是指数尾的原因，而对于磁性粒子，长程相互作用导致指数尾。我们的结论是，速度统计的耗散气体的流体环境和粒子相互作用的形式是敏感的。
2005-07-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Phase Diagram for Inertial Granular Flows
硬颗粒材料的流动强烈地依赖于颗粒间摩擦系数$μ_p$和惯性数${\cal I}$，惯性数表征了流动停止的堵塞过渡的接近程度。在数值模拟的指导下，我们导出了球形颗粒的稠密惯性流的相图，发现$10^{-4} \lesssim {\cal I} \lesssim 10^{-1}$的三个区域：\textit{ frictionless, frictional sliding, }和{ \it滚动}。这些是由能量耗散的主要手段，从碰撞到滑动摩擦，并返回到碰撞，$μ_p$从零增加恒定${\cal I}$区分。这三个制度不同的动力学和流变学，特别是，速度波动和应力比都显示非单调行为与$μ_p$，对应于三个制度之间的过渡流。我们合理化{这些制度之间的相边界}，表明能量平衡产生的标度关系{微观属性}在每个人，和{推导出应变尺度粒子失去记忆的速度。对于摩擦滑动制度最相关的实验，我们发现${\cal I}\geq 10^{-2.5}$的宏观摩擦$μ({\cal I})$与${\cal I}$的增长是由碰撞耗散的增加。这意味着在该范围内，$μ({\cal I})-μ(0)\sim {\cal I}^{1-2b}$，其中$b\approx 0.2$是表征无量纲速度波动${\cal L}\sim {\cal I}^{-b}$和滑动接触密度$χ\sim {\cal I}^b$的指数。
2016-07-13 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
Granular mixtures modeled as elastic hard spheres subject to a drag force
快速流动条件下的粒状气体混合物通常由具有常法向恢复系数的光滑非弹性硬球的多组分系统模拟。在低密度制度提供了一个适当的框架，由一组耦合的非弹性玻尔兹曼方程。由于非弹性玻尔兹曼碰撞算子的复杂性，在本文中，我们提出了一个更简单的模型的弹性硬球受到的有效阻力的作用，它模仿的耗散存在于原始的粒状气体的效果。应用Chapman-Enskog方法从模型中得到了二元混合物的Navier-Stokes输运系数。与质量通量相关的三个系数与从非弹性Boltzmann方程获得的系数相同，而其余四个输运系数显示出一般良好的一致性，特别是在热导率的情况下。最后，利用非弹性Boltzmann碰撞算子的近似分解，构造了一个粒状混合物的模型动力学方程，作为一个已知的弹性碰撞动力学模型的直接扩展。
2007-04-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Granular Impact Model as an Energy-Depth Relation
速度平方拖曳力通常用于描述物体在粒状材料中的运动。合力定律是一个非线性微分方程，通常通过简化假设获得动力学的封闭形式解。在这里，我们考虑一个广义的版本，这样的力的法律已被用于许多研究的颗粒的影响。我们表明，重铸的力的法律到一个方程的动能与深度，K（z），产生一个线性微分方程，从而一般封闭形式的解决方案的速度与深度。这种方法也有几个优点，在拟合这样的模型的实验数据，我们证明了将其应用到数据从2D的影响实验。我们还提出了新的实验结果，这个模型，包括形状和深度依赖的速度平方阻力。
2013-03-28 cond-mat.soft
Active Microrheology of Driven Granular Particles
当以恒定力$F_{ex}$拉动被驱动颗粒流体中的颗粒时，探针颗粒接近稳态平均速度$v$。该速度和相应的摩擦系数的探头$ζ=F_{ex}/v$内获得的模式耦合理论的示意性模型，并从事件驱动的模拟结果进行比较。对于小的和中等的阻力，该模型成功地描述了模拟结果的线性以及非线性区域：小阻力的线性响应制度（恒定摩擦）其次是剪切稀化（减少摩擦）的中等力。对于大的力量，该模型表明，随后增加的摩擦与数据的定性一致。在[Fiege等人，Granular Matter $\boldsymbol{14}$，247（2012）]通过简单的动力学理论解释。
2013-12-23 cond-mat.soft
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
Unified Theory of Inertial Granular Flows and Non-Brownian Suspensions
硬颗粒的稠密流的流变特性是奇异的，因为一个接近堵塞的阈值，其中流动停止，无论是由惯性主导的空中颗粒流，和过阻尼悬浮液。同时，表征速度相关性的长度尺度在干扰时出现发散。在这里，我们介绍了一个理论框架，提出了一个试探性的，但可能完整的缩放描述的平稳流。我们的分析，重点是无摩擦颗粒，适用于{ \it两者}的悬浮液和惯性流动的硬颗粒。我们比较我们的预测与经验文献，以及与新的数值数据。总的来说，我们发现一个非常好的协议之间的理论和观测，除了摩擦惯性流的标度特性明显不同于无摩擦系统。对于过阻尼流，需要更多的观测来决定摩擦是否是一个相关的扰动。我们的分析对微观动力学量做出了几个新的预测，这些预测应该可以通过实验获得。
2015-05-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Shear Is Not Always Simple: Rate-Dependent Effects of Flow Type on Granular Rheology
尽管有无数种类型的流动，大多数流变学研究集中在一个单一的类型，如简单剪切。使用离散元模拟，我们探索散装颗粒系统在大应变的各种流动类型和表征不同的惯性数和颗粒间摩擦系数的应力张量的不变量。我们确定了一个强大的依赖性的类型的流量增长的惯性数或摩擦。屈服的标准模型，重新用于描述在稳态流和有限速率下的应力对流型的依赖性，与数据进行比较。
2022-01-02 cond-mat.soft
Long Range Correlation in Granular Shear Flow II: Theoretical Implications
采用数值模拟的方法对惯性颗粒剪切流的动理学本构关系进行了检验。这些预测被证明是准确的稀释制度，只有二进制碰撞是相关的，但低估了测量值在密集的制度，其中力网络的大小$ξ$存在。在密集区的差异是由于非碰撞力，我们直接测量在我们的模拟和产生的力网络的弹性形变。我们通过对弹性波通过力网络传播的所有路径求和来模拟非碰撞应力。这导致在一个分析理论，成功地预测应力张量在整个惯性制度，没有任何可调参数。
2006-12-28 cond-mat.soft
Crossover from negative to positive shear rate dependence in granular friction
我们进行了一个实验的颗粒物质的摩擦性能在很宽的范围内的剪切速率，涵盖了准静态和惯性制度。我们表明，摩擦系数表现出负的剪切速率依赖性在准静态制度，而剪切速率的依赖性是积极的惯性制度。从负到正的剪切速率依赖性的这种交叉发生在临界惯性数处。这可以用两个物理过程之间的竞争来解释，即摩擦愈合和滞弹性。我们还发现，结果不依赖于晶粒的形状，在惯性制度的行为是定量的数值模拟中相同的。
2011-06-01 cond-mat.soft physics.geo-ph
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
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
Acoustodynamic mass determination: Accounting for inertial effects in acoustic levitation of granular materials
本文研究声学陷阱中颗粒材料受流体惯性影响的动力学，通过考虑边界层效应定量解释与斯托克斯动力学的偏差，并利用振荡测量校准陷阱和表征粒子。
2023-08-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Drag anisotropy of cylindrical solids in fluid-saturated granular beds
研究了长为$L$、直径为$D$的圆柱形固体入侵体在等深度饱和水颗粒床中运动时的方向相关阻力。分别用直径为$d$的聚苯乙烯和水凝胶颗粒研究了具有高接触摩擦和几乎无摩擦的材料。在垂直于$F_\perp$和平行于其轴的$F_\parallel$方向上测量入侵者上的阻力，作为从准静态到速率相关状态的速度$U$的函数。我们发现，在两种介质中，拖曳各向异性$ξ= F_\perp/F_\parallel$不是恒定的，并且随驱动速率和$L/D$显著增加。特别是对于$L/D = 40$，当无量纲弗劳德数$Fr =U/\sqrt{g(D+d)}$在$10^{-4}$和$2 \times 10^{-2}$之间变化时，在高摩擦床和低摩擦床中$ξ$分别从2.6增加到4.5和从7.0增加到8.2。平均而言，观察到$ξ$与$L/D$（对于$L/D \gg 1$）呈线性增加。利用水凝胶颗粒在水中的指数匹配的性质，我们进一步表明，在两个方向上的圆柱体周围的沉积物流是一致的表面摩擦为主的阻力。$ξ$上的圆柱形侧和圆形平端的相对贡献估计与薄盘，以了解所观察到的阻力与纵横比和表面摩擦的变化。
2021-11-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.geo-ph
Force and flow transition in plowed granular media
我们使用平板阻力来研究颗粒介质对局部强迫的响应，作为体积分数的函数，$ϕ$。力和流动的分叉发生在粘性开始时，$ϕ_c.$。在$ϕ_c$以下，观察到阻力的快速波动，$F_D,$。$F_D$中高于$ϕ_c$的波动是周期性的，并且随着$ϕ$而增加。速度场测量表明，$F_D$中的分叉是由于在$ϕ_c$上方形成稳定的剪切带，这些剪切带在阻力过程中周期性地产生和破坏。基于摩擦的模型捕获$ϕ>ϕ_c$的动态。
2010-09-01 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.geo-ph
Numerical simulation of 2D steady granular flows in rotating drum: On surface flows rheology
采用{ \em Non Smooth Contact Dynamics}模拟方法研究了旋转滚筒中无粘性圆柱体二维稳态表面流的流变特性。在表面流动层长度的中点处测量了体积分数、平移速度和角速度、均方根速度、应变率和应力张量的分布，其中流动通常被认为是稳定和均匀的。对这些数据及其相互关系的分析表明，局部惯性数--定义为局部惯性力和局部约束力之间的比值--是描述从填料的准静态部分过渡到堆表面流动部分的相关无量纲参数。的应力张量的分量的变化，以及作为惯性数的函数的均方根速度的分析内的准静态和流动相。他们的影响进行了讨论。
2005-06-30 cond-mat.soft
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
Effective drag of a rod in fluid-saturated granular beds
我们测量阻力所遇到的垂直定向杆移动穿过沉积颗粒床浸没在稳态条件下的流体。在低杆速度下，由于浮力，流体的存在导致较低的阻力，而随着速度的增加观察到显著较高的阻力。观察到阻力作为深度的函数从低速时的二次曲线减小到高速时的线性曲线。通过将阻力与作用在杆上的颗粒的平均重量成比例，我们获得了在六个数量级的速度上遇到的有效摩擦$μ_e$。当颗粒尺寸、杆深和流体粘度在低速下变化时，发现恒定的$μ_e$，而当速度增加时，观察到系统的增加。我们用惯性数$I$和粘性数$J$来分析$μ_e$，以分别理解惯性力和粘性力的相对重要性。对于足够大的流体粘度，我们发现，不同的速度，深度和粘度的影响可以描述的经验函数$μ_e = μ_o + k J^n$，其中$μ_o$是在准静态极限测量的有效摩擦，和$k$和$n$是材料常数。然后根据有效粘度$η_e$分析阻力，发现阻力作为$J$的函数系统性降低。我们进一步表明，$η_e$作为$J$的函数与流体粘度和杆所遇到的$μ_e$成正比。
2019-06-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.geo-ph
Dense granular flow around a penetrating object: Experiments and hydrodynamic model
在这封信中，我们提出了实验结果的二维流场周围的圆柱体穿透到致密的颗粒物质与阻力测量。基于扩展动力学理论的稠密颗粒流的流体动力学模型再现了靠近圆柱体的流动局部化和相应的拖曳力的缩放，发现其不依赖于速度，而是线性地依赖于压力和圆柱体直径，并且弱于晶粒尺寸。这种制度被认为是有效的，在一个足够低的“颗粒”雷诺数。
2011-06-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
On the front shape of an inertial granular flow down a rough incline
在复杂地形上流动的颗粒物质在工业和地球物理环境中是普遍存在的。本文研究了粗糙坡面上颗粒层流动的小尺度模型。颗粒前沿的形状解析求解通过使用一维Savage-Hutter的模型的基础上深度平均的质量和动量方程的分数表达式的摩擦流变学$μ(I)$。与以前的研究不同，假设“活塞流”，自由形状因子$α$描述的垂直速度分布，考虑到确定的解决方案。这样，我们通过弗劳德数Fr和形状因子$α$来证明惯性对前轮廓的影响。并与[O. Pouliquen，Phys. Fluids 11，1956（1999）]，并利用我们在更高弗劳德数下获得的新实验数据。当模型中采用$α$ = 5/4时，理论与实验结果吻合较好，对应于Bagnold型速度分布。然而，公开的问题提出了颗粒流的垂直速度分布和流变函数$μ(I)$的表达和实验数据的校准。
2015-11-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Wet granular bed eroded by a dry granular flow
LMGC, University of Montpellier, CNRS, France（蒙彼利埃大学）；Geo-Ocean, Univ. Brest, CNRS, IFREMER, Plouzané, France（布雷斯特大学）
研究通过DEM模拟揭示了湿润颗粒床在干燥颗粒流侵蚀下的两种侵蚀模式，并提出了基于惯性数和粘性指数的快速侵蚀缩放定律。
2026-02-23 cond-mat.soft
Ability of a pore network model to predict fluid flow and drag in saturated granular materials
局部流场和渗流诱导阻力从孔隙网络模型（PNM）相比，浸没边界法（IBM）模拟，线性梯度和双峰样品的范围。PNM使用加权Delaunay Tessellation（DT）以及考虑四面体Delaunay单元合并的修改的Delaunay Tessellation（MDT）生成。在所有线性梯度和双峰样品中，局部压力场被非常准确地捕获。局部通量（流速）表现出更多的分散，但基于MDT的PNM显然提供了更好的相关性与IBM。有密切的相似性，从PNM和IBM获得的网络最短路径，表明PNM捕获占主导地位的流动通道。此外，通过将PNM叠加在流线型剖面上，证明了局部压降与孔隙收缩一致。通过与有序球阵列的解析解进行比较，对PNM计算的阻力进行了严格的验证。随后将该方法应用于所有线性分级和双峰样品，并将计算的力与IBM数据进行比较。线性分级样品能够以合理的精度计算力，而双峰样品表现出稍微更多的分散。
2022-01-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Segregation of large particles in dense granular flows: A granular Saffman effect?
本文研究了单分散密相颗粒斜槽流中不同粒径的单个颗粒所受的升力和速度滞后之间的比例关系。这种缩放的相似性，在（微）流体中的Saffman升力，表明一个惯性起源的升力负责隔离（孤立的，大）入侵者在密集的颗粒流。我们还观察到一个各向异性的压力/应力场周围的颗粒，这可能是在原点的速度滞后。这些研究结果是相关的建模和理论预测的粒度偏析。与此同时，在具有应力和应变梯度的致密颗粒流中，多分散性和惯性效应之间的相互作用，意味着流体、悬浮液和颗粒流之间新的相似之处，具有广泛的应用前景。
2018-06-04 cond-mat.soft physics.flu-dyn
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
Jamming, Yielding and Rheology of Weakly Vibrated Granular Media
我们建立了干颗粒介质的流变曲线是非单调的，无论是在存在和不存在外部机械搅拌。在存在弱振动的情况下，非单调流动曲线决定了缓慢但稳定的惯性流动与快速惯性流动之间的滞后过渡。在没有振动的情况下，非单调的流动曲线控制着颗粒介质的屈服行为。最后，我们表明，非单调的流动曲线，可以看到在至少两个不同的流动几何形状和几个颗粒材料。
2011-07-17 cond-mat.soft
