Impact of friction and grain shape on the morphology of sheared granular media
本研究通过模拟或分析非球形颗粒在剪切下的行为，揭示摩擦、长径比和初始堆积如何共同决定稳态排列、密度以及剪切带内自发堆起或凹陷的形成。
2025-02-19 cond-mat.soft
Nonlinear elastic stress response in granular packings
我们研究了一个二维材料的非线性弹性响应的局部边界力，特别是了解各向同性颗粒材料和那些与六方各向异性之间观察到的差异的目标。修正经典Boussinesq结果的应力在一个无限的半空间的线性，各向同性材料的开发在幂级数的反距离的应用点的力。连续介质理论的顺序的晶粒尺寸的尺度上的故障建模与表征诱导多极附近的外力的应用点的强度的唯象参数。我们发现，耿等关于光弹性颗粒的各向同性和六角堆积的数据可以在这个框架内拟合。拟合的六角形填料需要选择的弹性系数与六角形各向异性强于一个简单的球和弹簧模型。对于各向同性和六边形的情况下，诱导偶极子和四极项产生传播的应力远离垂直方向在短距离内。产生六方各向异性的非线性显著增强了这种传播的规模。
2007-12-18 cond-mat.soft
Shear viscosity and wall slip behavior of dense suspensions of polydisperse particles
研究了有机硅聚合物与多分散粒子组成的密相悬浮液的剪切粘度和壁面滑移。使用三种类型的具有低纵横比的颗粒来实现0.86的相对高的最大填充分数。如此高的最大填充分数允许制备具有在0.62至0.82范围内的宽范围的固体体积分数的悬浮液。在稳定的扭转和毛细流动的悬浮液的壁滑移速度的特征在于，并确定是完全一致的表观滑移层形成在壁的机制。在壁面滑移修正后，发现在显著高于屈服应力的剪切应力下，悬浮液的相对剪切粘度很好地服从Krieger-Doughnard关系，该关系将致密悬浮液的相对剪切粘度行为仅与固体的体积分数与最大填充分数的比率联系起来。然而，在屈服应力附近的较低剪切应力下，相对剪切粘度成为体积分数与最大填充分数之比和剪切应力的函数。它清楚地表明，没有壁滑移分析的相对剪切粘度的稠密悬浮液的准确表征是不可能的。
2018-06-05 cond-mat.soft
Hyperstaticity and loops in frictional granular packings
用代数方法和数值模拟方法分析了理想刚性圆盘颗粒堆积的超静定性质。颗粒的基本环成为解决超静定性的基本元素。由奇数个颗粒组成的环与由偶数个颗粒组成的环的行为不同。对于奇数圈，潜在应力是外部的，其特征在于每个圈周围的摩擦力之和。对于偶数环，潜在应力是内部的，其特征在于每个环周围的摩擦力的交替总和。这两种类型的回路和的统计被发现是吉布斯的“温度”是线性的摩擦系数μ时，μ <1。
2009-06-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Stress propagation in locally loaded packings of disks and pentagons
本研究通过光弹性实验比较圆盘和五边形颗粒堆积在局部加载下的应力传播，发现五边形在更低堆积分数下抵抗侵入且力链更少，并揭示了应力数据在重标度后的塌缩规律。
2021-10-13 cond-mat.soft physics.geo-ph
Maximum Entropy and the Stress Distribution in Soft Disk Packings Above Jamming
我们发现，最大熵假设可以成功地解释混乱的机械稳定的包装软，各向同性的压力，无摩擦的磁盘上面的干扰过渡的颗粒的紧凑的集群上的应力分布。我们表明，在我们的二维情况下，它变得有必要考虑不仅是应力，而且麦克斯韦-克雷莫纳力瓦面积，作为一个约束变量，确定应力分布。力瓦面积的重要性已经在早期对理想化力网络集合的计算中提出。
2015-07-31 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Mechanical properties of jammed packings of frictionless spheres under applied shear stress
通过最小化一个类似的潜在的，我们无偏采样的势能景观软和无摩擦球恒定剪切应力下。我们得到零温度堵塞状态下所需的剪切应力，并研究其作为剪切应力的函数的机械性能。作为比较，我们也得到了堵塞状态，从准静态剪切采样，其中的剪切应力没有得到很好的控制。虽然两次取样确定的屈服应力与从点$J$开始的压缩具有相同的幂律标度，即~对于有限尺寸体系，准静态剪切取样导致较低的屈服应力和较高的临界体积分数点$J$。堵塞固体的剪切模量随着剪切应力的增加而减小。然而，剪切模量在屈服时不会衰减到零。剪切模量的这种不连续的变化意味着在非零剪切应力下的非堵塞过渡的不连续性，这进一步验证了从堵塞的固体剪切流的压力的不连续跳跃的观察。压力跃变在减压时减小，并且在类临界点$J$处接近零，类似于在外场下众所周知的相变。对堵塞固体中的力网络分析表明，在$J$点附近，力的分布对剪应力的增加更为敏感。力网络各向异性随剪应力的增大而增大。平均力附近和大剪应力下的弱颗粒接触表现出不对称的角度分布。
2015-02-03 cond-mat.soft
Monitoring Three-Dimensional Packings in Microgravity
我们目前的结果，从实验中实现的抛物线飞行在微重力下的三维颗粒填料。采用两种不同的技术来监测压实过程中填料的内部：（1）X射线照相术用于测量透射中颗粒位置的综合波动。(2)应力双折射在三维应用可视化的压力内的包装。被发现到逮捕包装的过渡下方的颗粒运动产生一个良好的搅拌状态。在过渡时，粒子迅速失去能量，形成应力网络。使用这两种方法，可以识别非被捕粒子（响尾蛇）。特别是，它被发现，内被捕的包装可以被激发到可观的动态的静止加速度（g-抖动）在抛物线飞行过程中，而不破坏包装。在低速率的压实，一个政权的缓慢颗粒冷却。缓慢的冷却持续几秒钟，可以用线性定律很好地描述，并在完全停止填充之前终止于动力学的快速最终崩溃。
2013-12-21 cond-mat.soft
Three-dimensional compaction of soft granular packings
采用三维非光滑接触动力学模拟方法，分析了由软（弹性）球形颗粒组成的组件在堵塞状态之后的压实行为。粒子的组件的特征在于使用的包装分数，配位数，和冯米塞斯应力分布的粒子内的围压增加的演变。堆积分数增加并趋向于接近$1$的最大值，并且平均配位数作为堆积分数的平方根而增加。随着围压的增加，观察到的过渡从一个粒状材料的剪切应力分布的指数尾巴的连续的材料，其特征在于高斯样分布的剪切应力。我们开发了一个方程，描述了作为所施加的压力的函数的填充分数的演变。这个方程，基于颗粒应力张量的微观力学表达，赫兹接触定律的小变形的限制，以及填充分数和颗粒的协调之间的幂律关系，提供了良好的预测从堵塞点到非常高的密度，而不需要调整任何参数。
2021-08-27 cond-mat.soft
Bulk and interfacial stresses in suspensions of soft and hard colloids
我们探讨了颗粒的柔软度和内部结构对胶体悬浮体的本体和界面流变学性质的影响。我们探测体应力通过常规的流变学，通过测量流动曲线，剪切应力与应变率，软，可变形的微凝胶颗粒和近硬球状二氧化硅颗粒的悬浮液的悬浮液。类似的行为被认为是这两种颗粒在悬浮液中的浓度高达随机紧密堆积的体积分数，在最近的理论预测亚微米胶体。瞬态界面应力的测量通过分析由悬浮液和它们自己的溶剂之间的界面形成的图案，由于广义的Saffman-Taylor流体动力学不稳定性。在奇怪的散装行为，我们发现，微凝胶和硬颗粒悬浮液表现出截然不同的界面应力特性。我们认为，这种令人惊讶的行为主要是由于颗粒内部结构的差异（微凝胶的聚合物网络与二氧化硅颗粒的致密固体），而不仅仅是柔软性。
2014-11-09 cond-mat.soft
Shear and crystallization in deformable granular packings: why don't auxetics order?
Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）
采用键合粒子方法模拟三维高压缩颗粒填料的剪切，通过改变泊松比研究流变学、堆积结构和颗粒形态变化。发现常规材料易结晶，负泊松比材料则相反，揭示弹性、几何形状与结晶间的相互作用。
2026-07-07 cond-mat.soft
Confined granular packings: structure, stress, and forces
采用大规模离散元分子动力学模拟对圆柱形容器中静态颗粒堆积的结构和应力进行了三维数值模拟。我们通过浇注和沉淀产生填料，并研究最终状态如何取决于施工方法。垂直应力成为深度无关的深桩，我们比较这些应力深度剖面经典的杨森理论。大多数的颗粒壁接触的切向力被发现是接近库仑破坏准则，与杨森的理论一致，而在散装颗粒颗粒接触远离库仑准则。此外，我们表明，一个线性流体静力学的区域在顶部的包装无法解释的杨森理论出现，因为大多数的颗粒壁切向力在这个区域是远离库仑屈服准则。颗粒-颗粒和颗粒-壁接触力的分布$P(f)$在大作用力下呈现指数状衰减，与之前的研究一致。
2003-01-31 cond-mat.soft
Effect of Shape and Friction on the Packing and Flow of Granular Materials
采用离散元模拟方法研究了非球面摩擦颗粒的堆积和流动。粒子是超级球，形状为$|x|^{s}+|y|^{s}+|z|^{s} = 1$，从球形（$s=2$）到立方体（$s=\infty$）不等，用双球模型构造。无论是包装分数，$ϕ$，和配位数，$z$，单调减少与微观摩擦$μ$，对于所有的形状。然而，这种减少是更大的$s$由于减少的摩擦增加的面-面接触的分数更显着。对于流动的颗粒，动态摩擦$\tildeμ$ -剪切应力与法向应力之比-取决于形状、微观摩擦和惯性数$I.$。对于所有形状，$\tildeμ$从其准静态值$\tildeμ_0$增长为$(\tildeμ-\tildeμ_0) = dI^α,$，对于有摩擦和无摩擦形状具有不同的普遍行为。对于无摩擦形状，指数$α\approx 0.5$和前因子$d \approx 5\tildeμ_0$，而对于摩擦形状$α\approx 1$和$d$仅略有变化。计算结果表明，所得到的流动指数具有普适性，且对所有形状都是一致的。
2018-10-31 cond-mat.soft
Effects of particle compressibility on structural and mechanical properties of compressed soft granular materials
颗粒材料的力学性能的变化，引起的颗粒的内在可压缩性的变化，通过基于有限元和接触动力学方法相结合的数值模拟进行了研究。组装的无热的2D颗粒进行准静态单轴压缩到接近$1$的包装分数。受赫兹极限接触力学的启发，我们表明，颗粒的可压缩性对全局和局部应力的影响，可以通过只考虑系统的填充分数来描述。这一结果，证明在整个范围内的可访问的包装分数的情况下，无摩擦的颗粒，仍然是相关的中等颗粒间的摩擦系数。摩擦颗粒所观察到的微小差异源于系统中的不可逆局部重组，后者由颗粒的可压缩性促进。
2020-04-02 cond-mat.soft
Shear dilatancy in marginal solids
剪切应力可以通过一种称为剪切力的非线性效应改变材料的体积。计算了软球填料和随机弹簧网络这两种接近刚性过渡的边缘固体正则模型的弹性阻尼系数。我们预测在这两种材料的刚性损失附近的粘性的显着增强，具有令人惊讶的区别：当填料在剪切下膨胀时，网络收缩。我们表明，网络中的收缩是由于增加静水压力或单轴载荷的不稳定影响，这是抵消填料的形成新的接触。
2013-05-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Micromechanical description of the compaction of soft pentagon assemblies
我们通过数值模拟分析了由软五边形通过经典库仑摩擦相互作用组成的组件的各向同性压缩。通过比较五边形和圆形软颗粒的堆积，讨论了颗粒初始形状的影响。我们表征的包装分数，弹性模量，和微观结构（颗粒重排，连通性，接触力和颗粒应力分布）作为施加的应力的函数的演变。两个系统的行为相似;填充分数增加，并逐渐趋向于最大值$ϕ_{max}$，其中体积模量发散。在微观尺度上，我们表明，颗粒重排发生，甚至超越堵塞状态，平均协调增加的平方根的包装分数，力和应力分布变得更加均匀的包装分数的增加。软五边形比圆形五边形呈现更大的粒子重排，并且这种行为与摩擦成比例地减小。有趣的是，颗粒之间的摩擦也有助于两种系统中接触力网络的更好均匀化。从颗粒应力张量的表达，我们开发了一个模型，该模型描述的压实行为作为施加的压力，杨氏模量和颗粒的初始形状的函数。这个模型，解决了联合演变的颗粒连接和接触应力，提供了出色的预测从堵塞点到非常高的密度。
2020-12-13 cond-mat.soft
Relationship between Rheology and Structure of Interpenetrating, Deforming and Compressing Microgels
温敏微凝胶是一种将聚合物和胶体粒子的性质以独特的方式结合在一起的杂化体系。由于它们的复杂形态，它们的相互作用和堆积，以及因此由微凝胶制成的悬浮液的粘弹性仍然没有完全理解，特别是在致密堆积条件下。在这里，我们研究了依赖于频率的线性粘弹性的致密微凝胶悬浮液结合分析的局部颗粒结构和形态的基础上超分辨率显微镜。通过确定控制弹性和耗散响应的主导机制，我们提出了一个统一的框架，可以解释这些广泛研究的软颗粒组装体的流变性，从弹性开始深入到过度填充的制度。我们的研究结果澄清了模糊壳相互作用为主的政权和密集交联的核心控制之间的过渡和耦合。
2018-11-05 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
Stresses in isostatic granular systems and emergence of force chains
进展报告的几个问题，困扰理解颗粒系统：（一）应力方程椭圆，抛物或双曲？(ii)如何从第一原理连续理论中预测经常观察到的力链？(iii)如何将均衡系统的见解与一般填料联系起来？显式方程推导出的应力分量在两个维度，包括依赖于当地的结构。该方程是双曲型的，并求出了它们的通解和格林函数，证明了这些通解产生了力链，并预测了力链的轨迹和大小对局部几何形状的显式依赖性。提出了直接的实验测试的预测。最后，提出了一个框架，涉及到非均衡和更现实的颗粒组件的分析。
2004-06-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Yielding, Rigidity, and Tensile Stress in Sheared Columns of Hexapod Granules
非凸形或细长颗粒的颗粒填料可以形成独立的结构，如壁或拱。对于一些颗粒形状，如钉，刚性来自于颗粒对的互锁，但对于非互锁颗粒的刚性起源仍不清楚。我们报告的实验和数值模拟的剪切柱的“六足”，粒子组成的三个相互正交的球柱的中心重合。我们改变的长度与直径的纵横比，$α$，球柱体和准静态直接剪切的包装。对于小的$α$，我们观察到一个有限的屈服应力。然而，对于大的$α$，柱在剪切时变得刚性，支撑随着应变增加而急剧增加的应力。在剪切过程中收集的X射线微计算机断层成像（Micro-CT）数据的分析表明，硬化与标称剪切平面附近的倾斜扁球形六足簇相关，其中颗粒变形和平均接触数均增加。模拟结果表明，即使粒子没有成对地互锁，它们也会沿着一个方向共同受到张力。这些张力来自承载大扭矩的接触力，并且它们垂直于填料中的压缩应力。它们抵消了膨胀的趋势，从而稳定了粒子团。
2020-07-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Shear Excitation of Confined Colloidal Suspensions
我们表明，几何约束显着影响的剪切诱导的配置致密的单分散胶体悬浮液;出现一种新的结构，颗粒层屈曲堆叠在一个更有效的包装。剪切区中的体积分数由粘性应力和未剪切颗粒的接触储层的渗透压之间的平衡控制。我们提出了一个模型，占我们的意见，并有助于阐明复杂的相互作用之间的颗粒包装和剪切应力限制悬浮液。
2004-09-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Granular impact and the critical packing state
球体与颗粒状介质碰撞过程中的冲击动力学揭示了体积分数ε的显著和非平凡的依赖。撞击后的陨石坑形态确定了临界堆积状态ε_{cps}，剪切颗粒既不膨胀也不固结，并表明空间响应的相关变化。目前的唯象模型不能捕捉到大多数的冲击力，只有在接近cps的时候，力才能分离成深度线性和速度二次的附加项。在固定深度下，二次阻力系数随深度的增加而减小（增加），其中，φ< φ_{cps}（φ> φ_{cps}）。在固定的低速下，力的深度依赖性显示出Janssen型指数响应，其长度尺度随着速度的增加而减小;并且对于速度>速度_{cps}几乎是常数。
2010-07-16 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Physically Consistent 2D to 3D Pore Space Synthesis: 1. Dynamic Grain Packing Under Strict Morphology Constraints
Moscow Institute of Physics and Technology（莫斯科物理技术学院）
本文提出物理一致的二维到三维孔隙合成框架，用动态牛顿沉积替代几何混洗，经两阶段堆积验证，消除XCT伪影，渗透率偏差降低50%，数字孪生优于参考数据。
2026-09-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft physics.comp-ph
The role of dilation and confining stresses in shear thickening of dense suspensions
许多密集堆积的悬浮体和胶体表现出称为不连续剪切增稠的行为，其中剪切应力随着剪切速率的增加而急剧且可逆地跳跃。我们对各种悬浮液进行了流变仪和视频显微镜测量，以确定这种行为的机制。剪切剖面和法向应力测量表明，在剪切增稠制度，应力是通过摩擦，而不是粘性相互作用，并得出令人惊讶的结论，应力和剪切速率之间的局部本构关系不一定是剪切增稠。如果悬浮颗粒足够重以沉降，我们发现剪切增稠的起始应力τ_min对应于来自颗粒堆积的重量的流体静压力，其中相邻颗粒开始相对于彼此剪切。在τ_min以上，看到膨胀导致颗粒穿透剪切样品的液体-空气界面。剪切增稠制度的上应力边界τ_max被示出为大致匹配的表面张力除以曲率半径的顺序上的颗粒尺寸的比率。这些结果表明，一个新的模型中，在剪切增稠制度的耗散增加来自摩擦应力，出现的膨胀是挫败的限制应力从表面张力在液体-空气界面。当悬浮液被固体壁限制并且没有液体-空气界面时，我们发现τ_max由阻碍膨胀的最顺应边界的刚度设定。这种流变学可以通过非局部本构关系来描述，其中应力和剪切速率之间的局部关系是剪切稀化，但是其中应力增加来自取决于全局膨胀的法向应力项。
2012-01-05 cond-mat.soft
Stress driven fractionalization of vacancies in regular packings of elastic particles
在微观层次上阐明缺陷和应力的相互作用是与材料科学有着密切联系的基本物理问题。在这里，基于二维晶体模型，我们表明，不同尺寸和形态的空位的不稳定模式符合一个共同的情况。一个空位在压缩下分裂成一对位错，在边界处滑移并消失。这个整齐的过程是由空位周围的局部剪应力触发的。空位的显着细分创造了丰富的模式之间的相互作用的空位和其他拓扑缺陷，并提供了一个新的维度，在广泛的晶体结构中的缺陷的机械工程。
2020-06-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Compaction of mixtures of rigid and highly deformable particles: a micro-mechanical model
采用非光滑接触动力学方法分析了刚性和可变形不可压缩颗粒混合物的各向同性压实问题。通过经典的有限元方法，使用超弹性的新胡克本构律的变形体进行模拟。对于从完全刚性到完全可变形颗粒的混合物，我们表征了填充分数，弹性模量和连通性的演变，作为所施加的应力的函数，当改变颗粒间的摩擦系数时。我们首先表明，包装分数的增加，并趋于渐近的最大值$ϕ_{max}$，这取决于混合比和颗粒间的摩擦。体积模量也被证明是增加与包装分数和发散，因为它接近$ϕ_{max}$。从颗粒应力张量的微观力学表达式，我们开发了一个模型来描述压实行为作为施加的压力，可变形颗粒的杨氏模量，和混合比的函数。从压实方程导出了体积方程。该模型基于单个可变形颗粒在压缩下的特性以及连通性和填充分数之间的幂律关系。这种压实模型，由定义明确的物理量，结果在突出的预测从堵塞点到非常高的密度，并允许我们给出一个直接的预测$ϕ_{max}$作为一个函数的混合比和摩擦系数。
2020-05-28 cond-mat.soft
Static response in disk packings
本文给出了重力作用下刚性摩擦圆盘填料的位移响应函数的实验和数值结果。底层的中心圆盘向上移动了一个小的量，它上面的圆盘的运动定义了位移响应。磁盘运动的测量与静止的数码相机的帮助下。这样测得的响应提供了力-力响应的信息，即，由体积中的小过载在底部产生的多余力。我们发现，在实验中，垂直力的响应显示出高斯形状，扩大大致的距离的平方根，预测的扩散理论在颗粒中的应力传播。然而，从响应宽度的拟合获得的扩散系数是由这样的理论预测的10倍。此外，我们注意到，我们的数据是兼容的交叉线性加宽在大尺度上。另一方面，在类似系统（但没有摩擦）的数值模拟中，发现了双峰响应，表明应力的波动传播。我们讨论了实验系统和模型系统的不同行为的主要原因，并将我们的研究结果与以前的工作进行了比较。
2003-08-12 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Self-propelled rods exhibit a novel phase-separated state characterized by the presence of active stresses and the ejection of polar clusters
我们研究收集的自推进杆（SPR）在两个维度上移动的包装分数小于或等于0.3。我们发现，在临界温度下，SPR发生了从无序气体到新的相分离系统态的相变。有趣的是，（全球）取向秩序模式-相反，已经建议-消失在这个限制。在发现的新状态下，SPR自组织成一个高度动态的，高密度的，紧凑的区域-我们称之为聚集体-它被无序气体包围。聚集体内部的主动应力是局部取向有序和主动力共同作用的结果。这导致了这些聚合物最显著的特征：SPR极性簇的不断喷射。这种新的相分离状态代表了一种新的物质状态，其特征在于体积和形状的大波动，与质量喷射有关，并表现出位置和取向的局部秩序。由于密度、活性应力和取向顺序之间的耦合（这种耦合不能简单地简化为速度和密度之间的耦合），SPR系统显示出在其他活性物质系统中看不到的新物理。
2015-07-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Morphology of clusters of attractive dry and wet self-propelled spherical particle suspensions
为了评估流体动力学在主动吸引球组装中的作用，我们模拟了半稀悬浮液的吸引力自推进球形颗粒在准二维几何形状比较的情况下，没有流体动力学的相互作用。首先，独立于流体动力学的存在，我们观察到，根据吸引力和推进力之间的比例，粒子要么变粗，要么聚集形成有限大小的集群。专注于集群制度，我们表征两种不同的集群参数，即它们的形态和取向顺序，并比较的情况下，当活性粒子的行为无论是作为推动者或拉动者（总是在政权的粒子间的吸引力与自推进竞争）。研究集群阶段的蠕动相对于那些获得的主动布朗磁盘（表示为ABP），我们已经表明，流体动力学单独可以维持一个集群阶段的主动游泳者（拉），而ABP形成集群阶段由于吸引力和自推进之间的竞争。簇相的蠕动和ABP的结构特性是相似的，虽然蠕动显示出对主动应力的敏感性。在团簇大小分布、团簇大小的回转半径结构和团簇极性程度方面，主动布朗盘类似于弱推-蠕动悬浮体。
2016-12-14 cond-mat.soft
Compressive consolidation of strongly aggregated particle gels
颗粒凝胶的压缩屈服应力表现出高度的非线性依赖于包装分数。我们研究了连续压缩过程，讨论了粒子尺度重排对压缩分数的影响。单轴压缩的2D模拟应用于分形网络，并评估了所需的压缩应力的范围广泛的包装分数接近紧密包装。压缩用于减小特征结构实体的大小（即结构的相关长度）。我们观察到三个阶段的压缩：（I）弹性主导制度;（II）单模塑性制度，其中网络强度由典型的长度尺度和滚动模式决定;和（III）多模塑性制度，其中滑动模式和连接中断是重要的。我们还研究了压缩下分形相关性的丢失方式。结果表明，分形维数$D_{\mathrm{f}}$和相关长度$ξ$均从压缩初期开始发生变化，这与理论模型中通常的假设不同。
2013-05-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Viscoelastic material properties determine contact mechanics of hydrogel spheres
本研究通过水凝胶颗粒实验，分离并探究了颗粒材料属性在滑动接触力中的作用，发现剪切模量随时间衰减的粘弹性模型结合库仑摩擦模型可准确捕捉实验结果，揭示了材料演化对颗粒集体行为的影响。
2024-03-24 cond-mat.soft
Frictionless bead packs have macroscopic friction, but no dilatancy
本文通过对无摩擦、近刚性珠粒在准静态极限下的均匀剪切填料的数值模拟来说明这一问题。结果符合稳定的OWS在恒定的剪切速率在小的和静态的方法，其中填料的平衡下不断增长的偏应力的限制。内摩擦角在简单剪切中等于5.76 $\pm$ 0.22度，与刚性极限中的平均压力P无关。它被证明是源于稳定的无摩擦接触网络的能力，形成应力诱导的各向异性织物。没有观察到持久的应变局部化。宏观层面上的耗散是由重复的网络重排引起的，就像无摩擦滑块在凹凸表面上的有效摩擦一样。在缓慢或静态剪切系统中，固体分数保持等于随机紧密堆积值0.64。波动的应力和体积观察到回归的大系统的限制，我们得出结论，相同的摩擦法简单剪切适用于大psystem的限制，如果正常的应力或密度是外部控制。将惯性数定义为I = m/（aP），m为颗粒质量，a为颗粒直径，在准静态极限I为零时，内摩擦系数$μ$ = tan和体积1/都随I的幂次增加，其中所有的力学性能都由接触网络几何形状决定。剪切材料的微观结构的特征在于与一个合适的参数化的织物张量和测量的连接和协调数与接触和近邻。
2008-09-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Periodic migration in a physical model of cells on micropatterns
我们扩展了爬行真核细胞的形态和动力学模型来描述微图案化基底上的细胞。该模型将细胞形态、粘附和细胞骨架流动耦合起来，以响应肌动蛋白和肌球蛋白诱导的主动应力。我们建议，膨胀应力只产生在细胞粘附，导致细胞的有效限制的模式。与实验结果一致，模拟细胞表现出广泛的行为，包括稳定运动，转向，双足运动和周期性迁移，其中细胞在周期性逆转之前持续地在一个方向上爬行。我们表明，周期性运动自然出现的细胞极化细胞形状的耦合，通过减少模型简化的一维形式，可以理解的分析。
2013-10-01 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Connecting monotonic and oscillatory motions of the meniscus of a volatile polymer solution to the transport of polymer coils and deposit morphology
我们研究的聚合物沉积图案之间的连接出现以下的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）在甲苯中的溶液的蒸发，在溶液中的聚合物线圈的运输，和溶液的弯月面的运动。当改变溶质的分子质量和初始浓度以及温度时，观察到不同的沉积模式，并以形态相图的形式系统地呈现。沉积模式与弯月面运动有一定的相关性。它们随溶液中聚合物线圈的蒸发驱动的对流通量和扩散通量之间的比率而变化。在扩散主导的溶质传输的情况下，溶液通过蒸发单调地使固体基底去湿，支持连续的接触线运动和连续的聚合物沉积。然而，一个对流为主的运输结果在一个振荡棘轮脱湿-润湿运动的接触线与更明显的脱湿阶段。然后，沉积过程是周期性的，并产生条纹图案。的弯月面的振荡运动不同于良好记录的粘滑运动的弯月面，观察到，以及，是由于蒸发和马兰戈尼应力，交替主导沉积过程的相反的影响。
2018-07-09 cond-mat.soft
Microstructure, morphology and lifetime of armored bubbles exposed to surfactants
我们报告的行为颗粒稳定的气泡（装甲气泡）时，暴露于各种类别和浓度的表面活性剂。由于颗粒在界面上的堵塞，气泡是非球形的，并且在添加表面活性剂之前对于溶解是稳定的。我们发现，溶解的气泡表现出不同的形态，微观结构，和寿命的变化，这与表面活性剂的浓度。对于低浓度的表面活性剂，装甲气泡在溶解时保持非球形，而对于接近和高于表面活性剂CMC的浓度，气泡在溶解之前恢复为球形。我们提出了一个微观结构的解释，支持我们的实验观察粒子动力学的气泡界面上，认识到界面堵塞和应力的作用，颗粒稳定和表面活性剂介导的装甲气泡的不稳定。
2006-02-16 cond-mat.other cond-mat.soft
Topology and morphology of self-deforming active shells
我们提出了一个通用的框架建模三维可变形壳的活性物质，捕获的定向动态的活性粒子和流体动力学相互作用的壳和周围环境。我们发现，自诱导流动的活性粒子和动态重塑的壳之间的串扰可以导致通过改变形式和幅度的主动应力是可调的构象。我们进一步证明和解释如何自诱导的拓扑缺陷的活性层可以直接壳的形态动力学。这些发现与了解器官发育过程中的形态变化以及能够自组织的生物启发材料的设计有关。
2019-09-10 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Morphology and Kinetics of Random Sequential Adsorption of Superballs: From Hexapods to Cubes
超级球代表一类颗粒，其形状由${|x|}^{2p}+{|y|}^{2p}+{|z|}^{2p} \le R^{2p}$定义，其中$p\in(0,\infty)$是“变形参数”。$0<p<0.5$代表六足状（凹八面体状）颗粒族，而对于$0.5\leq p<1$和$p>1$，分别具有凸八面体状和立方体状颗粒族，其中$p=1,\;0.5$和$\infty$代表球体、八面体和立方体。胶体沸石悬浮液，催化和吸附，以及生物医学磁性纳米颗粒只是超级球包装的几个应用。我们介绍了一种通用的方法来模拟随机顺序吸附的超级球，我们称之为“低熵”算法，与传统的算法，代表了一个“高熵”的方法。这两种算法分别产生干扰分数$ϕ_\infty(p)$和$ν(p)$的精确估计，该指数表征长时间吸附动力学$t$，$ϕ(\infty)-ϕ(t)\sim t^{-ν(p)}$。精确估计的$ϕ_\infty(p)$和$ν(p)$，并显示出在协议，在某些特殊的限制，与现有的分析和数值结果。
2019-05-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Rigidity transition in polydisperse shear-thickening suspensions
Indian Institute of Technology (ISM) Dhanbad（印度技术学院（ISMD）丹巴德）
研究多分散剪切增稠悬浮液中刚性转变的临界填充率及临界指数，揭示其与双分散系统的相似性。
2026-02-10 cond-mat.soft
Non-uniform growth and surface friction determine bacterial biofilm morphology on soft substrates
在发育过程中，生物体获得具有重要生理后果的三维形状。虽然形态发生的基本机制在真核生物中是已知的，但通常难以在体内操纵它们。为了规避这个问题，在这里，我们提出了一个研究开发霍乱弧菌生物膜生长在琼脂基板上，其中时空形态模式改变了不同的琼脂浓度。扩张的生物膜最初是平坦的，但后来经历机械不稳定性并变得起皱。而周边区域发展有序的径向条纹，中心区域获得锯齿形人字形皱纹图案。取决于琼脂浓度，皱纹最初出现在周边区域并向内传播（低琼脂浓度）或出现在中心区域并向外传播（高琼脂浓度）。为了理解这些实验观察结果，我们开发了一个模型，该模型考虑了营养物质的扩散及其被细菌吸收、细菌生长/生物膜基质的产生、生物膜和琼脂的机械变形以及它们之间的摩擦。我们的模型表明，耗尽的中心区域的生物膜下的营养物质的结果在径向依赖的生长曲线，这反过来又产生各向异性应力，决定皱纹的形态。此外，我们预测，增加表面摩擦（琼脂浓度）降低应力各向异性和转移的最大压缩应力的位置，在那里的不稳定性首先发生，向中心的生物膜，与我们的实验观察。我们的研究结果广泛适用于具有相似形态的细菌生物膜，并且还提供了对其他细菌生物膜如何形成不同皱纹图案的深入了解。
2019-10-31 cond-mat.soft physics.bio-ph
Interactions and design rules for assembly of porous colloidal mesophases
多孔中间相，其中在富含颗粒的背景流体内存在明确限定的颗粒耗尽的“空隙”空间，可以由胶体颗粒通过具有竞争吸引力和排斥力的各向同性对相互作用而自组装。虽然这样的结构对于技术应用（例如，过滤、催化、吸收等），相对较少的研究已经调查了导致这些形态的相互作用以及它们如何与产生其它微相分离结构（例如团簇）的相互作用进行比较。在这项工作中，我们使用统计力学的逆方法来设计模型各向同性对势，形成多孔中间相。我们表征所得的多孔结构，与目标孔径和颗粒堆积分数的对电位的相关特征。前者主要由设计的对势的排斥势垒的幅度和范围编码，后者由吸引阱深度编码。我们观察到一个权衡相对于目标形态的填充分数：更大的值支持更多的球形和单分散的孔，其本身组织成周期性结构，而较低的值产生更多的移动孔，不组装成有序的结构，但保持稳定的填充分数在更大的范围内。最后，我们通过评论在本逆设计方法中针对特定孔径的局限性以及通过描述克服这些局限性的未来方向来得出结论。
2017-01-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Transients in sheared granular matter
致密颗粒材料在剪切过程中形成剪切带和各向异性力网络。稳态行为的方法取决于填料的历史和现有的力和接触网络。我们目前的实验致密颗粒物质的剪切在一个二维Couette几何形状，我们探测的历史和演变的剪切带通过测量粒子的轨迹和应力在瞬态。我们发现，当剪切停止，并重新启动在同一方向上，立即达到稳态行为，与典型的假设，该系统是准静态的协议。虽然当剪切停止时观察到力网络的一些松弛，但由于接触网络基本上保持不变，因此保持准静态行为。当剪切方向相反时，会发生一个瞬态，其中应力最初减小，力网络的变化进一步深入到本体中，并且远离车轮的颗粒变得更加移动。发生这种情况是因为力网络对于横向于先前剪切下建立的力网络的变化是脆弱的;颗粒在再次堵塞之前必须重新排列，从而提供对反向剪切的阻力。在位移剪切表面$\approx 3d$之后，重新建立强力网络，其中$d$是平均晶粒直径。在$\leq 30d$剪切后达到稳态速度分布。紧挨剪切带外部的颗粒在再次堵塞之前平均移动小于1个直径。我们还研究粒子旋转在此瞬态过程中，发现平均粒子自旋在瞬态过程中，这是有关的事实，即晶粒不联锁强烈。
2004-06-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
