Spontaneous Ratchet Effect in a Granular Gas
采用振动流化颗粒气体的自发聚集来产生在两个不同的分隔系统中的定向运输：“颗粒喷泉”，其中运输采取对流辊的形式，和“颗粒棘轮”与垂直于能量输入方向的自发粒子流。在这两种情况下，运输是不是由于任何系统固有的各向异性，但出现作为一个自发的集体对称性破缺效应的许多相互作用的颗粒。实验和数值计算结果定量占内的通量模型。
2004-04-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Spontaneous phase separation in a vibro-fluidized granular layer
报道了一种新型的两相共存的振动颗粒材料中，在有限的能量转移之间的颗粒和底壁发生由于离散碰撞。水平均质床层中会出现浓相和稀相分离并共存的不均匀性。稀区类似于气体，而密区类似于液体，其速度分布与高斯分布非常不同。
2001-03-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Spontaneous spirals in vibrated granular chains
我们提出了实验测量的自发形成紧凑的螺旋结构的垂直振动颗粒链。在弱振动条件下，当链是准二维的自回避链时，螺旋结构从一般的初始构型出现。我们比较了螺旋与理想紧螺旋的几何特性。在全球范围内，螺旋经历了一个缓慢的旋转，使自己保持缠绕，而在内部，快速振动模式被激发沿骨干与横向振荡占主导地位的纵向。螺旋在相空间中的体积非常小，因此，它们的形成表明了非平衡动力学如何导致相空间的非均匀采样。
2002-12-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Rheological effects in the linear response and spontaneous fluctuations of a sheared granular gas
研究了定常均匀剪切流状态下稀颗粒气体温度均匀小扰动的衰减。利用基于非弹性Boltzmann方程的动力学理论，导出了微扰衰减的封闭方程。该方程包含了含时剪切流状态下气体的广义剪切粘度，因此预测了准弹性限度以外的流变效应。将理论计算结果与分子动力学模拟结果进行了比较，两者吻合较好。此外，昂萨格假设的回归波动是履行。
2012-12-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Spontaneous jamming and unjamming in a hopper with multiple exit orifices
我们表明，颗粒材料的流动内的2维平底料斗有一个以上的出口孔显着改变。对于具有小孔口宽度的料斗，通过一个孔口的间歇流动使得通过相邻堵塞孔口的流动能够恢复，从而显示堵塞和解除堵塞事件的序列。使用离散元模拟，我们表明，从所有的孔组合发出的颗粒状材料（即雪崩大小）的总量可以通过简单地调整孔间距离提高约一个数量级的差异。当孔间距离较大时，不堵塞主要由波动单独驱动，但当孔足够近时，波动与平均流量一起导致流动不堵塞。
2014-08-02 cond-mat.soft
Long Range Correlations in Granular Shear Flow I: Numerical Evidence
我们研究了颗粒剪切流中长程相关性的出现。通过增加模拟颗粒流的密度，我们观察到一个自发的过渡，从稀制度，其中的相互作用是由二元碰撞为主，到一个密集的制度，其特征在于大型的力网络和集体运动。随着密度的增加，由于碰撞的耗散性质，相互作用的颗粒倾向于形成同时接触的网络。我们通过测量颗粒力之间的相关性来量化这些网络的大小，并发现随着网络大小的增加，接触力的统计数据发生了巨大的变化。
2006-12-28 cond-mat.soft
Stability Analysis of Rapid Granular Chute Flows: Formation of Longitudinal Vortices
在最近的一篇文章（Forterre，PRL，2001）中，我们报道了一种新的不稳定性，观察到快速颗粒流下的斜面，导致自发形成的纵向涡。从实验观察，我们提出了一个不稳定性机制的基础上的快速颗粒流的流动和颗粒温度之间的耦合。为了研究所提出的机制的相关性，我们在本文中进行了三维线性稳定性分析的稳定均匀流下斜面使用颗粒流的动力学理论。我们表明，在很宽的参数范围内，稳定的均匀流动是不稳定的横向扰动。不稳定模的结构与实验观测定性一致。这一理论分析表明，动力学理论能够捕捉纵向涡的形成，并验证了不稳定性机制。
2001-08-30 cond-mat.soft
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
Anomalous Creep as a Precursor to Failure in Granular Materials
本文揭示颗粒材料蠕变源于颗粒接触点处的摩擦动力学，其稳定性由蠕变与老化相互作用决定，屈服阈值附近的反常加速蠕变可作为地震和滑坡等灾难的早期预警信号。
2025-02-04 cond-mat.soft
Pattern formation and shocks in granular gases
颗粒状介质，如沙子和糖，在自然界和工业中无处不在，但不如流体或固体那么好理解。我们考虑的行为快速颗粒流的动量转移的碰撞占主导地位。对于静止或缓慢移动的颗粒的相反限制，物理学是完全不同的（例如，沙堆）。为了了解颗粒流，我们考虑两个问题，已与实验，粒子模拟和流体动力学理论研究：垂直振荡颗粒层和流动的障碍。当容器加速度幅值超过一个临界值（约为重力加速度的2.5倍）时，振荡颗粒层自发地形成空间图案。硬球的模拟，保持线性动量和耗散碰撞中的能量是在定性上符合所观察到的模式的一些方面，但不是所有的。在模拟中必须考虑摩擦和角动量守恒，以达到与观测定量一致。[摘要]
2004-08-11 cond-mat.soft
Friction and the oscillatory motion of granular flows
本文报道了可蚀床面上二维颗粒流的数值模拟。广泛的目的是调查是否简单的流动模型颗粒物质表现出自发的振荡运动在一般的流动条件下，在这种情况下，颗粒之间的接触的摩擦性能是否可能影响这种振荡运动的存在或特性。不同系列的模拟分析表明，流动发展的振荡运动与一个明确定义的频率增加像速度的平方根的倒数。我们表明，振荡本质上是一种表面现象。振荡的振幅是较高的较低的体积分数，因此可以与流速和颗粒摩擦性能。对模拟单元的周期性几何形状的影响的研究显示没有显著的影响。这些结果进行了讨论，在声波砂。
2012-11-26 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
Flow of granular matter in a silo with multiple exit orifices: Jamming to mixing
本文研究了多出口筒仓内干颗粒物料的混合特性。在筒仓中的混合，否则由非相互作用的停滞和流动区域，被观察到显着改善时，通过特定的孔的流动是间歇性停止。通过孔口的流动的这种瞬时停止或者是手动控制的，或者是当孔口宽度小到足以引起自发堵塞和不堵塞时由系统本身选择的。我们观察到，整体的混合行为显示出系统的依赖于特定孔的关闭和打开的频率。特别是，筒仓配置采用随机堵塞和不堵塞的任何孔显示混沌混合的早期证据。当在多通道模式下操作时，该系统表现出混合颗粒的实用且有效的方式。
2014-12-17 cond-mat.soft
A neutron tomography study: probing the spontaneous crystallization of randomly packed granular assemblies
我们研究了自发结晶的组装高度单分散的钢球在震动下，因为它从本地化的二十面体排序走向包装达到晶体有序的演变。为此，实空间中子断层扫描测量的颗粒组件进行，因为它是系统地受到频率和振幅的变化。正如预期的那样，我们看到在无序的初始状态下存在局部二十面体有序（堆积分数约为0.62）。随着频率的增加，在这里研究的两个振动幅度（0.2和0.6 mm），有一个上升的填充分数，伴随着结晶度的演变。结晶度的程度被发现取决于振幅和振动的频率。我们发现，二十面体的有序仍然是本地化的，其程度并没有显着增长，而晶体有序增长迅速，作为一个有序过渡点的做法。在有序的状态下，面心立方（FCC）和六方密堆积（HCP）类型的晶体簇被识别，后者生长的堆垛层错。我们的研究表明，FCC的早期统治让位于HCP订购在更高的振动频率，这表明，尽管他们共存，有一个微妙的动力学竞争在发挥作用。正如我们的结果以及早期的理论模拟所证明的那样，这种竞争取决于震动的幅度和频率。这可能涉及两种结构之间非常小的自由能差异。
2018-12-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.class-ph
Spontaneous membrane formation and self-encapsulation of active rods in an inhomogeneous motility field
我们研究了非均匀运动场中自推进杆的集体动力学。在恒定但不同运动性的两个区域之间的界面处，通过活性杆之间的对齐相互作用自发地产生近晶杆层，使人联想到人造半透膜。这种“活性膜”吞噬局部捕获在低运动性区域中的杆，从而通过自组织进一步提高捕获效率，这种效应我们称之为“自封装”。我们的研究结果是通过计算机模拟的自推进杆模型限制在一个二维平面或球面上的逐步恒定的运动场，但这种现象应该是观察到的任何几何形状具有足够大的空间不均匀性。我们还讨论了可能性，以验证我们的预测的自推进胶体棒和振动颗粒物质的实验中形成的活性膜。
2018-02-02 cond-mat.soft
Transversal inhomogeneities in dilute vibrofluidized granular fluids
采用流体动力学描述和数值模拟相结合的方法，研究了稀相振动流化颗粒系统在垂直于能流方向上发生的自发对称性破缺.后者包括分子动力学和玻尔兹曼方程的直接蒙特卡罗模拟。在WKB近似下进行的水动力方程的边际稳定性分析与模拟结果吻合良好。讨论了分叉后流体动力学剖面的形状。
2002-01-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Why do Particle Clouds Generate Electric Charges?
沙漠沙尘暴中的颗粒会自发地产生强大的电荷;同样，火山尘羽也会产生壮观的闪电。带电粒子云也会在食品、药品和煤炭加工行业造成毁灭性的爆炸。尽管颗粒带电在自然界和工业中具有广泛的重要性，但即使是其原因的最简单方面也仍然难以捉摸，因为很难理解惰性颗粒与其他惰性颗粒接触时如何产生所观察到的大电荷。在这里，我们提出了一个简单而预测的解释碰撞流中的颗粒物质的充电。我们认为，从非常基本的考虑，可以预期在碰撞中的相同的介电颗粒的存在下，一个电场的电荷转移，我们证实了模型的预测使用离散元模拟和桌面颗粒实验。
2015-08-21 cond-mat.soft
Model of coarsening and vortex formation in vibrated granular rods
Neicu和Kudrolli在实验中观察到在振动的宏观棒系统中长程取向有序和大尺度涡旋的自发形成。我们提出了一个唯象理论，这种现象的基础上，耦合系统的方程的本地棒密度和倾斜。密度演化用修正的Cahn-Hilliard方程描述，倾斜用Ginzburg-Landau型方程描述。我们的分析表明，根据Cahn-Hilliard动力学，有序相的岛自发出现，并由于粗化而生长。倾斜的Ginzburg-Landau方程的一般涡旋解对应于位于岛中心附近的核周围的棒的涡旋运动。
2002-03-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Highly localized clustering states in a granular gas driven by a vibrating wall
在二维中，由振动壁驱动的非弹性碰撞颗粒系综表现出密度聚集。在近弹性碰撞的极限下，利用颗粒流体力学，通过边缘稳定性分析，我们预测了扩展团簇态（ECS）的自发对称性破缺。二维稳态解数值描述了局部聚集态（LCS）。含时颗粒流体动力学模拟表明，LCS可以从自然的初始条件发展。预测的不稳定性应该在实验中观察到。
2001-01-11 cond-mat.soft nlin.PS physics.flu-dyn
Critical packing in granular shear bands
在一个现实的三维设置，我们模拟了缓慢变形的理想颗粒介质组成的球体进行轴对称三轴剪切试验。我们遵循自发应变局部化过程的自组织导致剪切带，并证明存在一个临界堆积密度在这个故障区。由膨胀和压实的动态平衡所产生的渐近临界性被发现被限制在剪切带内，而剪切带外的密度保持初始堆积的记忆。剪切带的临界密度取决于摩擦力（和颗粒几何形状），在无限摩擦力的极限下，它定义了一种特定的堆积状态，即\emph{dynamic random loose packing}。
2007-01-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Linear stability analysis of rapid granular flow on a slope and density wave formation
利用流体动力学方程，分析了重力作用下坡面上快速颗粒流在纵向扰动下的线性稳定性。结果表明，在一定的参数范围内，沿流动方向均匀的定常流动在纵向长波长扰动下变得不稳定，形成密度波，而在横向扰动下则是有限波长的不稳定（Forterre & Pouliquen 2002）。结果表明，这种不稳定性可以理解为准一维系统中运动波的长波不稳定性。结果与我们以前的分子动力学模拟（Mitarai & Nakanishi 2001），其中自发密度波的形成已被发现。
2003-09-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Quasi-crystalline order in vibrated granular matter
本文首次在毫米尺度的宏观球形颗粒振动无热系统中，观察到从类液体无序相自发组装成8重对称准晶体的现象，为非原子系统准晶研究及平衡与非平衡统计物理关联提供新依据。
2024-11-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Phase Bubbles and Spatiotemporal Chaos in Granular Patterns
我们使用非弹性硬球分子动力学模拟和实验室实验来研究垂直振荡颗粒层的模式。模拟和实验表明，{ \em相泡}自发成核的模式时，容器的加速度幅度超过一个临界值，约$7g$，其中的模式是近似六边形，在四分之一的驱动频率（$f/4$）振荡。相泡是一个局部区域，其振荡相位与周围图案的相位相反（相差$π$）;在二维系统的研究中，局部相移通常被称为${\em arching}$。模拟表明，相泡的形成是由在层的底部的波动触发的，与图案的波长相比，波动的长度尺度较大。一旦形成，相泡就像具有表面张力一样收缩，并且在数十到数百个循环中消失。我们发现，有一个振荡的动量转移跨越扭结，这种收缩是由一个净碰撞动量向内跨越边界包围气泡。随着加速度幅度的增加，图案演变成随机移动的牛顿扭结（时空混沌）。我们观察到在模拟中，$f/3$和$f/6$次谐波图案出现的主要不稳定性，但他们是不稳定的波动层。我们的实验证实了瞬态$f/3$和$f/6$模式的存在。
2001-08-31 cond-mat.soft
Edwards entropy and compactivity in a model of granular matter
制定一个统计力学颗粒物质仍然是一个重大的挑战，部分原因是由于与一个完整的表征所研究的系统的困难。我们提出了一个充分表征的模型组成的颗粒状材料的$N$二维，无摩擦，硬盘，硬壁之间的限制，包括一个完整的枚举所有可能的卡住的结构。我们表明，堵塞的填料的属性是独立的系统内的缺陷的分布，所有的填料是均衡的。这表明等体积态等概率的假设，这提供了一种可能的方法来构建一个微正则系综的等效，很可能是我们的模型。热力学第二定律的应用，涉及两个子系统的接触表明，预期的自发平衡的缺陷之间的两个是伴随着熵的增加和平衡，通过熵最大化，其特征在于由压实的平等。最后，我们探讨了该系统的正则系综的等价性质。
2011-02-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Coexistence and Transition between Shear Zones in Slow Granular Flows
我们报告的实验缓慢颗粒流在分裂底部库埃特细胞，显示新的应变本地化功能。已观察到的非平凡的流动剖面被证明是在散装和边界处的剪切区的同时形成的后果。基于最小化原理的波动带模型可以用一个单一的拟合参数，即壁与体之间的相对摩擦系数，在较大的形貌和填充高度变化范围内拟合实验。多剪切带形成的可能性受相对摩擦力的控制。此外，我们观察到的对称性的初始状态，与共存的剪切区在两侧壁，自发地打破低于阈值的剪切速度。两个非对称流动状态之间的动态转换发生在一个特征时间尺度上，这取决于剪切强度。
2013-09-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Universal Unfolding of Pitchfork Bifurcations and Shear-Band Formation in Rapid Granular Couette Flow
通过数值分岔分析，研究了重力对颗粒库埃特流剪切带形成的影响。在{ \it低}剪切速率下，有一个独特的解，在底壁附近有一个{ \it塞}，在顶壁附近有一个{ \it剪切层};该解反映了地球剪切单元实验中典型的剪切带型剖面。有趣的是，一个{ \it稳定}的顶壁附近的塞子也是这些方程在{ \it高}剪切速率的解决方案，有许多其他的堵塞状态，与塞子被定位在一个有序的方式内的库埃特间隙。这种剪切带解的起源与无重力均匀剪切流的自发对称性破缺缺{ \it剪切带}不稳定性有关，导致亚临界和超临界的干草叉分叉。在奇异性理论的语言，我们已经建立了这个分歧问题承认{ \it通用开折}的干草叉分歧。
2004-11-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Driven low density granular mixtures
本文采用简单的解析估计和直接模拟蒙特卡罗方法研究了二维颗粒混合物在能量驱动下的稳态性质。我们采用两种不同的驱动机制：a）均匀的热浴摩擦和b）振动边界（热或谐波）在重力的存在。主要调查结果如下：两个不同的颗粒温度的外观，一个为每个物种;存在的人口过剩的尾巴的速度分布函数和非平凡的空间相关性表明自发形成的集群聚集。在流体受到重力和振动边界的情况下，密度和温度都显示沿垂直于壁的方向的非均匀分布，特别是温度分布对于两种物质是不同的，而温度比几乎是恒定的高度。最后，我们得到了不同高度的速度分布，并验证了所得分布的非高斯性。
2002-05-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Crack formation and self-closing in shrinkable, granular packings
许多粘土、土壤、生物组织、食物和涂层都是可收缩的颗粒状材料：它们由干燥时收缩的包装的水合颗粒组成。在许多情况下，这些填料在干燥过程中破裂，严重阻碍了应用。然而，虽然开裂已被广泛研究散装凝胶和包装的非收缩颗粒，很少有人知道如何包装收缩颗粒裂纹。在这里，我们阐明了如何在干燥过程中改变粮食收缩开裂。使用模型收缩水凝胶珠的实验，我们表明，差异收缩可以显着改变干燥过程中的裂纹演变-在某些情况下，甚至导致裂纹自发地“自我关闭”。在其他情况下，包装收缩而不破裂或不可逆地破裂。我们开发了颗粒和连续模型来量化颗粒收缩，孔隙力学，包装尺寸，干燥速率，毛细作用和基材摩擦开裂之间的相互作用。在理论的指导下，我们还发现，开裂可以完全改变通过改变干燥的空间分布。我们的工作阐明了丰富的物理基础开裂收缩，颗粒填料，并产生新的战略控制裂纹的演变。
2019-05-15 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Flocking at a distance in active granular matter
大量生物朝着一个方向的自我组织运动是涌现秩序的一个壮观的例子。我们使用致动非生命组件重现这种现象。我们在这里报告，毫米大小的锥形棒，呈现能动的接触与底层振动表面和相互作用通过介质的球形珠，经历一个相变的状态自发对齐的速度和方向以上的阈值珠面积分数。在详细的模拟模型的指导下，我们构建了一个分析理论，这种植绒过渡，有两个成分：一个移动的杆拖动珠;相邻的杆重新定向在产生的流像风标在风中。理论和实验一致的结构，我们的相图在平面上的杆和珠浓度和幂律的空间相关性附近的相边界。我们的发现为颗粒或细胞物质的集体运输提出了可能的新机制。
2014-09-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
