Acoustic Probing of the Jamming Transition in an Unconsolidated Granular Medium
沿着未固结颗粒堆积结构的机械自由表面引导的声波实验提供了关于颗粒介质在非常低的压力下的弹性的信息，该压力自然地由重力加速度和表面下的深度控制。比较所确定的色散关系与理论模型的引导表面声学模式揭示了颗粒介质的弹性模量对压力的依赖性。实验证实了最近的理论预测，通过非仿射运动的无序颗粒堆积松弛导致一个特殊的缩放剪切刚度与压力附近的堵塞过渡对应于零压力。出乎意料的是，与大多数现有理论不一致的是，体积模量以与剪切模量非常相似的方式取决于压力。
2019-11-15 cond-mat.soft physics.class-ph
Granular Impact Dynamics: Acoustics and Fluctuations
在相应的流体动力学视频中，为APS DFD 2012流体运动画廊创建，我们展示了2D颗粒碰撞实验的高速视频，其中入侵者从上方撞击一组双分散光弹性盘。我们讨论入侵者下面的力，它在空间和时间中强烈波动。这些波动对应于传播到介质中的声脉冲。分析表明，在我们的实验中，这个过程是由与颗粒团簇的碰撞主导的。来自这些碰撞的能量沿着颗粒网络被携带到颗粒介质中，在那里被耗散。
2012-10-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Acoustic resonances in a confined set of macroscopic disks
在这项工作中，我们研究了一个系统的颗粒磁盘封闭在一个矩形区域。颗粒盘以高颗粒密度排列成六边形晶格。具体来说，我们感兴趣的是机械信号传输的条件。两种不同的潜力被认为是。我们的结果是通过软盘计算机模拟得到的。我们从相应的Hessian矩阵中解析地确定了系统的本征频率谱。或者，本征频率也可以从分子动力学模拟的时间演化中获得。先前的工作表明，颗粒物质中的机械信号传输可以用于开发声学开关。我们的研究结果表明，工作范围的颗粒开关的变化显着不同的相互作用模型。特别地，对于某些粒子间力，信号传输中可能出现强各向异性。
2019-11-14 cond-mat.soft
Grains unchained: local fluidization of a granular packing by focused ultrasound
我们报告的实验结果提交给高强度聚焦超声的颗粒填料的动力学。声辐射压力示出远程诱导局部重排内桩以及在最初堵塞的系统中的焦点周围的全局运动。我们表明，这种流化过程是间歇性的一系列的声压和滞后时，压力是循环的。这种一阶样的无干扰过渡再现在数值模拟中，其中的声压场是由本地化的外力建模。对模拟填料的进一步分析表明，在间歇状态下，不堵塞与任何明显的先前结构特征无关。提出了一个简单的基于有效温度的两态模型来解释这些发现。
2016-01-13 cond-mat.soft
Active acoustic switches using 2D granular crystals
我们采用数值模拟来研究有源晶体管开关从二维（2D）粒状晶体包含两种类型的晶粒具有相同的大小，但不同的质量。我们调整颗粒的质量对比度和排列，以最大化设备中的频带隙的宽度。输入信号施加到器件一侧的单个晶粒，输出信号从器件另一侧的另一晶粒测量。改变一个或多个颗粒的大小可以调整压力，从而控制设备的振动响应。开和关状态之间的切换使用两种机制实现：1）压力诱导切换，其中颗粒间接触网络在开和关状态下相同，以及2）通过接触断开切换。一般而言，声学开关的性能，如通过增益比和接通与关断状态之间的切换时间所捕获的，对于压力诱导切换更好。我们表明，在这些声学开关的开和关状态之间的增益比可以大于$10^4$和开关时间（乘以驱动频率）是最近获得的声波晶体和小于光子晶体管开关。由于具有不同质量的颗粒自组装成2D粒状晶体是具有挑战性的，我们描述了模拟圆形颗粒与小圆形旋钮对称放置在周围的圆形颗粒混合没有旋钮。使用伞采样技术，我们表明，与晶粒与$3$旋钮的设备最有效地形成六方晶体，产生最大的带隙。
2019-02-06 cond-mat.soft
An explicit granular-mechanics approach to marine sediment acoustics
本文采用颗粒力学理论与离散元模拟研究海洋沉积物声学，揭示无序颗粒堆积结构导致相速度和衰减的反常频率标度律。
2024-05-10 cond-mat.soft physics.geo-ph
Synchronized oscillations and acoustic fluidization in confined granular materials
根据声流化假说，即使没有外部扰动，地震断层内部也会形成特征频率的弹性波。这些波能够产生与围压相反的法向应力并促进破坏。在这里，我们研究的机制，负责通过数值模拟的颗粒断层模型的波激活。我们观察到的粒子属于的膨胀骨干，这维持的应力，执行同步振荡的椭圆形轨迹在断层面。这些振荡发生在声流化的特征频率。随着施加的剪切应力的增加，这些振荡变得垂直于断层面之前的系统失败，反对围压，一致的声波流化的情况。在声流化频率下，外部扰动可以引起相同的取向变化。
2018-01-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.geo-ph
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
Nonlinear effects for coda-type elastic waves in stressed granular media
本文介绍了松散颗粒介质中多次散射弹性波的非线性声学效应的实验结果及其解释。中心频率高于介质的所谓截止频率的短波包在静态应力玻璃珠板的一侧发射，并在多次散射和非线性相互作用后在另一侧接收。由于非线性和散射，典型的信号与其初始辐射形状相比强烈失真。结果表明，声波的变形幅度远低于平均静态变形的接触在介质中可以修改介质的弹性性能，特别是对于弱接触骨架部分。这解决了声激励期间和之后的颗粒结构的再现性的问题，这是必要的，以了解在颗粒介质的弹性性能的声学方法的非破坏性测试。尾波信号分析被证明是一个强大的时间分辨工具，以监测轻微的修改，在弹性响应的松散颗粒结构。
2008-05-29 cond-mat.soft physics.class-ph
Rheological and Photoelastic Response of Hydrated Soft Granular Particles
University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；University of Bristol（布里斯托大学）；University of Cambridge（剑桥大学）
本文总结了浸没光弹性颗粒材料中力解析的现状，介绍了表征水合光弹性颗粒流变和光学性质变化的技术，并报告了在浸没实验中使用光弹性颗粒的注意事项。
2026-07-01 cond-mat.soft
Stick-slip instabilities in sheared granular flow: the role of friction and acoustic vibrations
本文提出了一个致密颗粒材料的剪切流理论。该理论的一个关键因素是有效温度，它决定了材料如何响应外部驱动力，如剪切应力和振动。我们表明，在我们的模型中，即使材料在较大的速率下发生速率强化，颗粒之间的摩擦也会在中等剪切速率下产生粘滑行为。此外，外部产生的声振动改变粘滑振幅，或完全抑制粘滑，这取决于压力和剪切速率。我们构建了一个相图，表明粘滑发生在一个固定的振幅和频率的声振动的存在和不存在的参数制度。这些结果将微观物理学与宏观动力学联系起来，从而产生了关于各种颗粒现象的有用信息，包括沿地震断层的破裂和滑动、不稳定性的远程触发以及材料加工中摩擦的控制。
2015-07-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.geo-ph
Induced and endogenous acoustic oscillations in granular faults
无序系统的摩擦特性受外界扰动的影响。这些扰动通常通过降低宏观摩擦系数来削弱系统。这种摩擦减少在由两个板块之间的粒状颗粒组成的无序系统的情况下特别令人感兴趣，因为这是地震断层的简单模型。事实上，在地球物理学的背景下，摩擦弱化可以解释一些断层的意外弱点，以及地震的远程触发。在这篇手稿中，我们回顾了最近的结果，有关的反应限制颗粒系统的外部扰动，考虑到不同的机制，扰动可能削弱系统，相关的摩擦减少地震，以及讨论有趣的情况下，削弱是不是单调的扰动频率，使一个重入过渡观察，因为系统首先进入流化状态，然后返回到摩擦状态。
2019-01-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Edges control clustering in levitated granular matter
小团簇的性质很大程度上取决于其组成粒子之间的相互作用。然而，设计和调节宏观颗粒之间的相互作用仍然具有挑战性，例如在颗粒材料中。在这里，我们使用声悬浮来捕获宏观颗粒并在它们之间产生力。我们的主要结果表明，悬浮在声场中的颗粒更喜欢沿着尖锐的边缘接触。边缘的曲率半径直接控制这些力的大小。这些高度定向的相互作用，结合局部接触力，产生了一系列不同的集群形状。我们的研究结果为宏观粒子之间的特定力的设计，指导它们的组装和驱动它们的运动开辟了新的可能性。
2019-06-06 cond-mat.soft
Temporal analysis of acoustic emission from a plunged granular bed
采用实际时间和自然时间分析方法，分析了下落颗粒床声发射（AE）事件的统计特性。这些时间分析方法使我们能够调查AE事件的细节，遵循幂律分布。在实际时间分析中，最大事件（即，Omori-Utsu定律）。虽然前者总是表现出幂律形式，但后者并不总是服从幂律。事件发生过程的马尔可夫性也验证了使用标度律，假设它们都表现出幂律。我们发现，有效剪切应变率是区分颗粒声发射事件中幂律性和马尔可夫性出现率的关键参数。对于自然时间分析，通过计算自然时间的方差$χ_k$揭示了自组织临界态的存在，其中N个事件的$k$次自然时间定义为$χ_k=k/N$ .此外，能差分布可以用$q$ -高斯形式拟合，这也与系统的临界性相一致。
2015-09-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Shear-wave-induced softening and simultaneous compaction in dense granular media through acoustic lubrication at flow heterogeneities
我们报道了在声共振实验中，一个封闭的致密颗粒堆的同时软化和压实。弹性软化表现为剪切波速度的降低，当波幅增加超过某个阈值时。没有观察到宏观的晶粒重排或结晶，相反，弹性软化伴随着晶粒粗糙度尺度上的少量压实。我们解释这些明显的矛盾的意见，使用一个理论模型，剪切转换区（STZ）的基础上，软点和滑动接触。它预测的线性剪切应力-应变响应与可忽略的宏观塑性形变，由于小振幅的声波振荡。然而，这些波通过颗粒接触的声润滑降低颗粒间摩擦和接触刚度，导致结构无序或压实性增加和动态模量软化。压实与这种微观摩擦力的减少是一致的预测由一个伊辛样STZ之间的相关性在subyield制度。
2022-09-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamic effective mass of granular media and the attenuation of structure-borne sound
我们报告的实验和理论研究的频率依赖性的有效质量，$\tilde{M}(ω)$，松散的颗粒占据一个刚性腔，以给定的填充分数，剩余的体积是不同湿度的空气。这使我们能够研究颗粒介质中的弹性响应和声学模式的衰减机制。我们证明，这是一个敏感和直接的方式来测量这些属性的颗粒介质的声学特性的变化的结构，包含颗粒填充的空腔的原因。具体来说，我们将这种理解的情况下，一个矩形杆的弯曲共振与一个充满粮食的空腔内it. The主要特点的$\tilde{M}(ω)$是一个尖锐的共振和广泛的背景，我们分析的背景下，简单的模型。我们发现：a）这些系统可以根据取决于高度和取决于直径的有效声速（$\sim 100-300$ m/s）和有效粘度（$\sim 5\times 10^4$泊）来理解。b）存在动态詹森效应，在这个意义上，在任何频率下，并且取决于样品制备的方法，大约一半的有效质量由空腔的侧壁承担，一半由底部承担。c）通过在不同湿度条件下进行实验，我们得出结论，在基本水平上，在我们的实验中，声学模式的阻尼由颗粒-颗粒接触处的吸附水膜主导，而不是由全局粘性阻尼主导。d）湿度对颗粒介质内的基本共振的阻尼具有单调增加的影响，其转化为颗粒负载棒内的阻尼的非单调但可预测的变化。
2015-10-12 cond-mat.soft
Acoustic measurement of a granular density of modes
在玻璃和其他无序材料中，对振动态密度的测量表明，与晶体材料中的德拜标度相比，过多的长波长（低频）模式与机械刚度的损失有关。在本文中，我们提出了一种新的技术来测量模式（DOM）在一个真正的颗粒材料，在其中我们模仿热激发使用白噪声声波的密度。由此产生的振动检测与压电传感器嵌入内部的一个子集的颗粒，从中我们能够计算DOM通过频谱的速度自相关函数，以前应用于热系统中的技术。单个粒子的速度分布被观察到是高斯分布，但由于单个分布的宽度不同，总体分布是非高斯分布。尽管这种偏离一个真正的热系统，我们发现，DOM表现出几个热的功能，包括德拜标度在压缩的六角形有序包装，并增加在低频率模式的围压降低。在无序包装，我们发现，一个特征频率$f_c$随压力的增加，但更弱的比已经观察到的模拟无摩擦包装。
2012-09-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
On few aspects of the dynamics of granular matter
本文用法语描述了颗粒物质力学的一系列完全不同的行为，这些行为是用不同振幅、频率和方向的周期性强迫实验获得的。它开始与粒状耗散气体已在微重力研究的问题，它被发现，这样的气体只存在于非常低的密度，它也表明，发生在较大的密度集群。这是一个相变吗？耗散西奈台球的问题，然后简要调查，它是遍历？本文研究了声波传播的实验，特别注意声波波长与晶粒尺寸相当时发生的散射和扩散。第三个实验表明，大体积对流可以引起缓慢（准静态）的水平强迫，这种流动是有关的准静态颗粒物质的流变学，但看起来很像对流下发生的“动态振动”。第四个实验描述了纯粹的惯性效应，使沙子表现为一个完美的（非粘性）流体，特别是，它表明，静态膨胀9不传播）是由强大的周期性水平强迫在液体和沙子之间的界面。Pacs编号：5.40 ; 45.70 ; 62.20 ; 83.70.Fn
2005-07-12 cond-mat.soft
Sounds of Failure: Passive Acoustic Measurements of Excited Vibrational Modes
粒状材料可能会因地震或脆性断裂等自发事件而失效。然而，测量和分析模型，预测这类材料的故障，而根本和实际的利益，仍然难以捉摸。包括球体、胶体玻璃和颗粒材料的数值填充在内的材料已经知道随着围压的降低会产生过量的低频振动模式。在这里，我们报告剪切颗粒材料的实验中，我们通过被动监测声发射监测激发模式的不断变化的密度。我们观察到的激发模式的分布与体和局部塑性一致的扩大，和明确的演变之前和之后的分布的形状散装故障。这些结果提供了一个新的解释的变化状态的材料接近粘滑破坏。
2018-05-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Friction law and hysteresis in granular materials
颗粒物质的宏观摩擦力往往会随着流速的增加而减弱，从而导致潜在的灾难性间歇现象，包括地震和山体滑坡。我们从理论上和数值模拟研究这种现象在简单的颗粒材料。我们表明，速度减弱，对应于一个非单调的行为，在摩擦法$μ(I)$，是存在的，即使动态和静态微观摩擦系数是相同的，但消失较软的颗粒。我们认为，这种不稳定性是由内源性的噪声，这往往使接触滑动，导致更快的流动和噪声增加。我们发现，软点，或在材料中的可激发区域，对应于滚动接触，即将滑动，其密度是由一个非平凡的指数$θ_s$。我们建立了一个微观理论的非单调性的$μ(I)$，这也预测的标度行为的声学噪声，滑动接触$χ$和滑动速度的分数，在$θ_s$。令人惊讶的是，当粒子变得无限硬时，这些量没有限制，正如数值所证实的那样。我们的分析合理化以前无法解释的意见，并提出新的实验验证的预测。
2017-11-13 cond-mat.soft
Sound propagation and force chains in granular materials
颗粒材料本质上是异质的，导致在制定准确的声音传播模型方面的挑战。为了量化空间和时间上的声学响应，我们在光弹性颗粒材料中进行实验，其中内部应力模式（以力链的形式）是可见的。我们利用两种互补的方法，高速成像和压电换能，提供粒子尺度的测量的振幅和速度的声波在近场制度。我们观察到，波的振幅平均最大的粒子内经历最大的力量，特别是在那些链辐射远离源，与力的依赖性，这种振幅在定性上与一个简单的赫兹粒子接触面积的模型。此外，我们能够直接观察到罕见的瞬态力链形成的打开和关闭的接触在传播过程中。脉冲前沿的速度与一维链的预测在数量上一致，而峰值响应的速度较慢表明它包含了即使在这个近场区域内也经过多条路径传播的波。这些效应突出了颗粒尺度行为在确定颗粒材料声学特性中的重要性。
2010-12-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Dynamic effective mass of granular media
我们开发的概念，频率依赖的有效质量，M（ω），堵塞的颗粒材料，占据一个刚性腔的填充率为48%，其余的体积是正常的室内条件或控制湿度的空气。M（Ω）的主要特征提供了颗粒介质中声模耗散、弹性和老化效应的特征。我们进行湿度控制的实验和解释的数据在一个连续模型和“陷阱”模型的热激活毛细管桥在接触点。结果表明，在颗粒材料的衰减显着影响的动力学之间的接触处的粗糙的毛细凝聚。
2016-03-28 cond-mat.soft
Interaction of a Contact Resonance of Microspheres with Surface Acoustic Waves
研究了表面声波与1 μm二氧化硅微球的轴向振动共振相互作用。采用激光感生瞬态光栅技术激发声表面波并测量其色散。测量的色散曲线表现出“避免交叉”的行为，由于杂交的SAW微球共振。我们比较了测量的色散曲线与我们的分析模型预测，并找到很好的协议。所提出的方法可用于研究微米和纳米颗粒的接触力学和粘附以及微尺度颗粒晶体的动力学。
2013-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Wave mitigation in ordered networks of granular chains
我们研究了应力波通过有序二维颗粒链网络的传播。准粒子连续介质理论捕获的声脉冲分裂，弯曲，并通过网络重组，并用于获得其有效的声学性质。通过数值模拟和实验测试，证实了理论预测的网络的强大的消浪性能。特别是，通过系统传播的领先的脉冲幅度示出与传播距离呈指数衰减和发射波的空间结构示出沿入射波的方向的指数本地化。这些指数衰减的特征的长度尺度的研究和确定作为网络的几何性质的函数。这些结果为设计有效的冲击缓解结构开辟了道路，并为波在颗粒物质中的传播机制提供了新的见解。
2013-12-03 cond-mat.soft nlin.PS
Pressure Waves During Granular Flows in Varying Gravity Environments
本研究通过LAMMPS分子动力学模拟30,000个软球体在垂直料仓中的二维重力流，探讨了不同重力、弹性模量和出口直径下产生的向上压力波，发现这些波为非线性激波且遵循与线性波预期不同的幂律。
2025-06-27 cond-mat.soft
Anisotropic Particles Strengthen Granular Pillars under Compression
我们探讨了颗粒形状对二维颗粒柱的整体和局部行为的影响，作为无序固体的代理，在单轴压缩下。这种几何形状允许直接测量全局材料响应，以及跟踪所有单个粒子轨迹。一般来说，由于原子位置的精度较低，在非晶材料中绘制局部结构和局部动力学之间的联系可能具有挑战性，因此本研究旨在阐明这种联系。我们通过使用三种不同的颗粒形状来改变局部相互作用：离散的圆形颗粒（单体），成对的颗粒结合在一起（二聚体），以及三个结合在一个三角形（三聚体）中的组。我们发现，二聚体大大加强支柱和这种效果的程度是由初始条件下的取向顺序。此外，虽然三种颗粒形状以不同的速率形成空隙区域，但我们发现，通过量化填充各向异性的度量的定义，在局部非晶结构中的各向异性保持稳健。最后，我们强调局部变形率和局部结构之间的联系。
2017-12-20 cond-mat.soft
Shear flow of angular grains: acoustic effects and non-monotonic rate dependence of volume
天然存在的颗粒材料通常由角形颗粒组成，其形状和摩擦特性可能对宏观流动流变学具有重要影响。本文从理论上解释了最近在实验中观察到的一种特殊的自声压缩现象--角形颗粒中剪切带体积随剪切速率的非单调变化。我们的方法是基于这样的概念，即颗粒材料的体积是由一个有效的无序温度被称为压实度。被驱动颗粒材料中的噪声源耦合其各种自由度和环境，导致它们之间的熵流。颗粒尺度动力学由颗粒流的剪切转变区（STZ）理论描述，该理论解释了局部流动缺陷中的不可逆塑性形变，其密度由构型无序状态决定。为了模拟晶粒形状和摩擦特性的影响，我们提出了一个Ising样的内部变量来解释最近邻晶粒互锁和几何挫折，并解释摩擦的影响作为一个声学噪声强度。我们的实验测量和理论预测之间的定量协议，并提出额外的实验，提供严格的测试新的理论元素。
2014-08-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Cluster formation via sonic depletion forces in levitated granular matter
小团簇的性质可以与相同成分的体相显著不同。在平衡状态下，团簇组装最近已经被探索，而在平衡状态下，团簇的物理原理仍然难以捉摸。这些原理是从分子组装到颗粒物质形成行星的现象的基础。在这里，我们引入声悬浮作为一个平台，实验探测非平衡小结构的形成在一个受控的环境。我们专注于团簇形成的极小模型：二维中的六和七毫米尺度的粒子。实验和建模表明，与热胶体相反，在非平衡颗粒系综中，活性波动的大小不仅控制着组装速率，而且控制着组装路径和基态统计。这些结果为非侵入性地操纵宏观粒子、调整它们的相互作用和指导它们的组装开辟了新的可能性。
2018-08-11 cond-mat.soft
Impulsive shock wave propagation in granular packings under gravity
本研究通过实验揭示了重力下3D颗粒堆积中脉冲激波传播的交叉现象，发现非线性声学状态、激波前沿特征宽度及激波与声波共存等关键机制，为理解冲击驱动的波传播及3D FPUT-like系统提供了新视角。
2025-09-17 cond-mat.soft
Time reversal of ultrasound in granular media
对超声在颗粒填料中的时间反转聚焦进行了实验研究。从压缩或剪切换能器源发射的脉冲弹性波由TR反射镜测量，在时间上反转并反向传播。我们发现，TR的弹道相干波的源位置是非常强大的驱动幅度，但提供了差的空间分辨率。相比之下，多重散射尾波通过透镜效应在小振幅下提供更精细的TR聚焦。然而，在大幅度，这些TR聚焦信号显着下降，由于振动引起的重排的接触网络，导致TR不变性的故障。我们的观察表明，颗粒声学是在粒子运动和波传播的扰动敏感性方面。这些实验室实验的支持下，在无序的2D渗流网络的质量和弹簧的弹性波传播的数值模拟，并应有助于在自然过程中的源定位问题。
2016-09-06 cond-mat.soft
Proximity to Jamming Governs Acoustic Attenuation in Damped Packings
Van der Waals-Zeeman Institute, Institute of Physics, University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学物理学院范德瓦尔斯-泽曼研究所）；Naval Postgraduate School（美国海军研究生院）；Process and Energy Laboratory, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学能源与工艺实验室）
研究人员提出堵塞网络散射（JNS）框架，通过数值模拟揭示流体饱和颗粒介质中声学衰减的线性频率依赖性源于颗粒堆积的临界频率转变，相关特征与实验数据吻合。
2026-08-31 cond-mat.soft
Anomalous wave reflection from the interface of two strongly nonlinear granular media
颗粒材料表现出强烈的非线性行为，影响信息在介质中的传播。动力学自组织的强非线性孤立波是颗粒链中的主要信息载体。在这里，我们报告的第一个实验观察到的戏剧性变化的反射率从界面的两个颗粒介质触发的非接触磁感应初始预压。将这种现象命名为“声二极管”效应可能是合适的。基于数值模拟，我们解释了这种效果的界面附近的粒子速度的高梯度。
2005-06-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Complex contact-based dynamics of microsphere monolayers revealed by resonant attenuation of surface acoustic waves
基于接触的振动在颗粒材料的动力学中起着至关重要的作用。含有宏观粒子的降维系统已经获得了对振动颗粒动力学的重要见解。我们研究了固体基底上二维单层微米级微球的接触振动。激光产生的表面声波的共振衰减的测量揭示了三个集体振动模式涉及的微球的位移和旋转。为了识别模式，我们调整粒子间的刚度，这将改变水平旋转共振的频率，同时使垂直共振不受影响。从测得的接触共振频率，我们确定颗粒基板和颗粒间的接触刚度，并发现前者是一个数量级大于后者。这项研究铺平了道路，为调查复杂的基于接触的动力学的微粒介质，展示了一种新的声学超材料，并产生一种新的方法来研究微纳米接触力学在多粒子网络。
2015-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
High speed imaging of traveling waves in a granular material during silo discharge
我们报告实验观察声波在颗粒状材料在共振筒仓放电称为筒仓音乐。采用高速成像技术跟踪粮食运动，采用加速度计和声学方法检测筒仓共振。颗粒在相邻的垂直位置不同相振荡，但信息在该系统中以声波的形式向上传播。我们发现，波的速度是不恒定的整个筒仓，但大大增加了对系统的下端，这表明在这个区域，在那里的流动变化从圆柱形收敛流的压力增加。在筒仓的上部，波速与相同材料静置（无流动）时测得的声速相匹配。谷物振动仅在筒仓上部表现出粘滑特性。
2011-02-03 cond-mat.soft
Avalanches can increase stored energy in a granular fault
Université Lyon 1-CNRS, Institut Lumière Matière（里昂第一大学-法国国家科学研究中心，光与物质研究所）
本文通过同步测量发现，颗粒断层中的雪崩可同时导致膨胀和弹性储能增加，表明雪崩能将应力重分布至更高载荷构型，对断层物理有重要意义。
2026-09-15 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft physics.geo-ph
Energy dissipation in high speed impact on granular media
本文研究了高速冲击颗粒介质时的能量耗散机制，发现其主要由力链网络大规模重组探索亚稳态导致，传统阻力模型在此失效，且空间维度显著影响早期峰值力与冲击速度的标度关系。
2023-05-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft physics.geo-ph
Evidence of Raleigh-Hertz surface waves and shear stiffness anomaly in granular media
由于赫兹接触的非线性，颗粒物质中的声速随着压力而增加。在重力下，非线性弹性描述预测声传播仅可能通过表面模式，称为瑞利-赫兹模式，并由折射率梯度引导。在这里，我们直接证明这些模式在一个受控的实验室实验，并用它们来探测的弹性性能的颗粒填料下消失的围压。横向和矢状模式的形状和色散关系进行比较，包括有限尺寸效应的非线性弹性的预测。这允许测试在接近堵塞过渡处是否存在剪切刚度异常。
2008-03-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Slow relaxation and aging phenomena at nano-scale in granular materials
具有亚稳态元件的复杂系统通常表现出接近对数时间的弛豫和一种老化：重复的刺激削弱了系统的弛豫响应。众所周知，颗粒物质表现出丰富的这种行为，其中热涨落的作用通常被忽略。然而，我们证明，后者可以明显影响接触介观尺度的粗糙，并通过适当的声学效应进行宏观观察。我们还提出了一个机制，包括缓慢的弛豫和老化的内在性质的广泛的一类系统的亚稳态。
2014-03-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.geo-ph
Dynamics of Freely Cooling Granular Gases
本文利用大尺度分子动力学模拟研究了二维自由冷却颗粒气体的动力学行为。我们发现，对于稀体系，在长时间范围内，典型的动能随时间代数衰减E（t）~ t^{-1}。渐近地，速度统计的特点是由一个普遍的高斯分布，与指数高能量的尾巴特征的早期均匀制度。我们表明，在晚集群制度的粒子相干移动作为典型的本地速度波动，Δ v，是小的相比，典型的速度，Δ v/v ~ t^{-1/4}。此外，局部平均剪切模式占主导地位的声学模式。小的热速度波动表明，该系统可以用Burgers方程描述。
2002-09-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Fluctuations of local plastic strain in granular media
Université Gustave Eiffel（巴黎-塞纳河畔埃菲尔大学）；ENPC（国立桥路学校）；Institut Polytechnique de Paris（巴黎理工学院）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Navier（纳维实验室）
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
Dynamic weakening by acoustic fluidization during stick-slip motion
一些断层的意外脆弱性被归因于声波的出现，声波通过一种称为声波流化的机制降低围压，从而促进破坏，也被提出来解释地震远程触发。在这里，我们通过一个颗粒断层模型系统的数值研究验证了这一机制。我们发现，粘滑动力学的影响，只有在对应于正常的故障振荡的特征频率施加的扰动，导致逐渐动态削弱失败的临近。在没有扰动的情况下，相同频率的声波在故障发生时自发出现，支持地震触发中声流化的相关性。
2016-01-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.geo-ph
Stress partition and micro-structure in size-segregating granular flows
当包含不同尺寸的颗粒的颗粒混合物被摇动、剪切、混合或任其流动时，颗粒倾向于在称为尺寸偏析的过程中按尺寸分离。本文从压力分布和颗粒微观结构两个方面探讨了颗粒斜槽流动中的尺寸偏析机理。因此，本文对双分散颗粒斜槽流动的二维离散数值模拟进行了系统的研究。基于Gray和Thornton 2005以及Hill和Tan 2014的理论模型，我们探索了小晶粒和大晶粒阶段的应力分配，区分了接触应力和动应力。我们的研究结果支持重力诱导和剪切梯度诱导的偏析机制。然而，我们发现，接触应力分区是非常敏感的部分应力张量的定义，更具体地说，混合接触（即涉及一个小晶粒和一个大晶粒）的处理方式，使重力引起的偏析的结论不确定。相比之下，部分动应力张量的计算是鲁棒的。动压分配与连续介质混合物理论的偏离幅度明显大于接触压力，并表现出明显的流动动力学依赖性。最后，使用一个简单的近似的接触偏应力张量，我们调查如何接触应力分区与流动的微观结构，并建议后者可能提供一个有趣的代理研究重力引起的偏析。
2015-08-24 cond-mat.other cond-mat.soft
Mechanisms for impulsive energy dissipation and small scale effects in micro-granular media
研究了线弹性基底上一维均匀微颗粒链的脉冲响应。微观颗粒的相互作用分析描述的施瓦茨接触模型，其中包括非线性压缩以及卡/从接触的粘合剂的影响，形成一个滞后环的力变形关系。我们观察到复杂的瞬态动力学，包括孤立脉冲的解体，局部集群和低到高频的能量转移，导致增强能量耗散。我们详细研究了脉冲加载介质中团簇形成的基本动力学，并将增强的能量耗散与团簇形成速率联系起来。这些不寻常的和有趣的动力学现象被证明是强大的在一系列物理上可行的条件下，并且仅仅是规模效应，因为它们是由于表面力，这在宏观尺度上没有影响。我们建立了一个普遍的关系，在这些系统中的重聚类率和有效阻尼。我们的研究结果表明，尺度效应产生新的非线性功能可以大大影响的动力学和声学的微颗粒材料。
2015-08-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Nonlinear Low-to-High Frequency Energy Cascades in Diatomic Granular Crystals
本文研究了冲击载荷作用下一维强非线性双原子颗粒晶体中波的传播。取决于“轻”与“重”珠的质量比，该系统表现出从高度局部化的行波到以强衰减为特征的高度色散波的丰富的波动动力学。我们通过实验证明了粒子的非线性共振和反共振相互作用，并验证了非线性共振导致强烈的波衰减，从而导致高效的非线性能量级联，而不依赖于材料阻尼。在这个过程中，机械能从低频转移到高频，而传播波通过独特的空间级联以有序和混沌波形出现。这种从低到高的频率和波数的能量转移机制对于设计具有固有被动能量再分布特性的新型非线性声学超材料具有特别重要的意义。
2015-08-07 cond-mat.other cond-mat.soft
Rotational sound in disordered granular materials
我们采用数值模拟来了解无序摩擦盘系统中弹性驻波的演化，其中旋转声模式的色散关系进行了详细的分析。在晶格上的摩擦粒子的情况下，旋转模式表现出“光学”的色散关系在高频率制度，代表一个肩膀的振动态密度和旋转速度的自相关的快速振荡。一个基于格子的模型描述了小波数的旋转模式的色散关系。如果接触圆盘之间的切向弹性力足够大，则该模型可以很好地解释转动模式。如果切向力与法向力相当或小于法向力，则模型在短波长下失效。然而，旋转模式的色散关系，然后遵循横向模式的模型预测，这意味着磁盘的旋转切换到声学声音行为的快速振荡。我们通过分析无序摩擦盘的本征矢量证明了这种旋转模式的转变，并确定了频带的上限和下限。我们发现，这些是不可逆的切向刚度的整个范围内作为一个显着的区别，在晶格上的摩擦粒子的旋转声音。
2018-07-21 cond-mat.soft
Investigating frictional instability due to pressurization in granular media: insights from coupled computational fluid dynamics discrete element method
University of Houston（休斯顿大学）
通过三维CFD-DEM耦合模拟，研究排水条件如何通过孔隙压力扩散、排水与接触网络退化间的颗粒尺度反馈控制颗粒剪切层的失稳机制。
2026-06-04 cond-mat.soft physics.geo-ph
Enhanced dynamic homogenization of hexagonally packed granular materials with elastic interfaces
众所周知，经典的能量一致的微极模型在模拟填充颗粒材料的频率能带结构方面具有局限性（参见Merkel等人，2011年）。这里示出，如果进行离散模型的差分运动方程的标准连续化，则获得能够精确地模拟离散模型的光学分支的等效微极连续体。然而，这种均匀化的连续提出了非正定义的弹性势能，一个缺陷，限制了模型的可靠性，并意味着在声学分支的不稳定现象（不稳定效应）。这个缺点是规避这里通过高频动态均匀化计划，这是基于增强的连续化的离散控制方程到伪微分方程。通过拟微分算子的形式泰勒展开，得到了与非局部连续统的控制方程相对应的高阶微分方程。由此产生的方法允许获得一个等效的微极连续的惯性非局部性的特点。此外，可以导出具有非局部本构项和惯性项的高阶连续体。所提出的连续体模型被证明能够准确地描述离散颗粒模型的静态和动态行为。最后，当高阶连续体的阶数增加时，收敛到离散系统的响应。
2021-04-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Hydrodynamic Coupling Melts Acoustically Levitated Crystalline Rafts
小颗粒的声悬浮为研究流体动力学耦合下自组装多体系统的集体动力学性质提供了一个通用的平台。然而，声散射力只能在悬浮平面内近距离产生吸引力相互作用，将自组装限制在颗粒直接耗散接触的筏上。在这里，我们通过使用足够小的颗粒来克服这一限制，使得空气的粘性在近距离内建立排斥性流动。通过调整相对于粘性流的特征长度尺度的颗粒尺寸，我们控制吸引力和排斥力之间的相互作用。在这种新颖的颗粒筏，颗粒形成一个开放的晶格与可调间距。粒子之间的流体动力学耦合引起晶格中的自发激发，进而驱动间歇性的粒子重排。在这些波动的作用下，筏从主要静止的结晶结构转变为二维液体状状态。我们表明，这种过渡的特点是动态的异质性和不均匀性，以及合作的粒子运动，产生一个有效的“无笼”晶体。这些发现揭示了流体耦合驱动的激励，难以隔离和控制在许多其他流体动力系统。
2022-11-04 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The Influence of Network Topology on Sound Propagation in Granular Materials
颗粒材料的特征范围从颗粒尺度到力链尺度再到块体尺度，通常被建模为颗粒或连续体材料。与这两种方法相比，网络表征对于同时检查微观、介观和宏观特征是很自然的。在本文中，我们把颗粒材料作为空间嵌入式网络，其中的节点（颗粒）连接的加权边缘获得的接触力。我们测试了各种网络措施，帮助他们的效用来描述声音在颗粒网络中的传播，并发现网络诊断可以用来探测颗粒，曲线，域，和系统尺度的结构在颗粒介质。特别是，中尺度网络结构的诊断在实验中是可重复的，与在这种介质中的声音传播相关，并可用于识别潜在的感兴趣的尺寸尺度。我们还证明了网络诊断的灵敏度取决于声音传播的相位。在注入阶段，信号系统地传播，如与全局效率的网络诊断的相关性所示。然而，在散射阶段，信号更好地预测中尺度社区结构，这表明声学信号散射在当地的地理街区。总的来说，我们的研究结果展示了颗粒系统的力网络是如何印在传输波上的。
2012-07-04 cond-mat.soft math-ph math.MP
Evolution of network architecture in a granular material under compression
当颗粒材料被压缩时，系统内的颗粒和力排列形成复杂的异质结构。力链是一个很好的例子，被认为是限制了机械稳定性和声传输等整体性能。然而，表征颗粒系统中的中尺度架构的动态性质可能是具有挑战性的。越来越多的工作表明，图论方法可以为解决这些问题提供一个有用的基础。在这里，我们扩展了目前的方法，利用多层网络作为一个框架，直接量化的压缩颗粒系统中的中尺度体系结构的演变。我们研究了一个准二维聚集的光弹性盘，通过一系列的小，准静态步骤进行双轴压缩。将粒子视为网络节点，粒子间力视为网络边缘，通过将每个应变步骤中存在的一系列静力网络连接在一起，构建了一个多层网络。然后，我们提取固有的中尺度结构的系统，通过使用一个泛化的社区检测方法，我们定义了定量的措施来表征整个压缩的重构和演变的结构。通过分别考虑法向力和切向力网络，我们发现它们表现出不同的结构演化。为了测试网络模型对粒子属性的敏感性，我们研究了该方法是否可以区分一个子系统的低摩擦粒子浴内的高摩擦粒子。我们发现，这可以通过考虑切向力的网络来实现。整个研究中讨论的结果表明，这些新的网络科学技术可以提供一种直接的方法来比较和分类数据系统在不同的外部条件下，或具有不同的物理化妆。
2016-03-29 cond-mat.soft nlin.AO
Elastic wave propagation in confined granular systems
我们提出了数值模拟的声波在受限颗粒系统中的传播由粒子相互作用的三维赫兹-明德林力定律。对系统一侧的短机械激励的响应被发现是传播相干波前，随后是由多重散射波组成的随机振荡。我们发现，相干波前是不敏感的包装的细节：力链不起重要作用，在确定这个波前。相干波随时间线性传播，其振幅和宽度随距离呈幂律变化，而其速度与宏观弹性理论的预测大致一致。由于目前还没有相干波的展宽和衰减的理论，我们数值和解析研究脉冲在一维链相同的弹性球的传播。结果表明，该体系的增宽和衰减指数与无规填充体系有很大不同。在我们所有的模拟中，相干波前的速度与压力的比例为$p^{1/6}$;我们将此结果与实验数据进行比较，在不同的颗粒系统中，可以看到从$p^{1/6}$行为的偏差。简要讨论了系统的本征模态，并研究了阻尼的影响。
2005-04-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Data-driven Modeling of Granular Chains with Modern Koopman Theory
Tufts University（塔夫茨大学）；University of Vermont（佛蒙特大学）；Yale University（耶鲁大学）
本文提出将Koopman谱理论与深度神经网络相结合的数据驱动框架，用于颗粒晶体非线性动力学建模，通过将动力学映射到高维线性潜在空间实现超越线性化区域的相空间分析，并结合仿真与实验数据验证了轨迹预测准确性，为颗粒材料逆向设计提供新途径。
2024-11-01 cond-mat.soft cs.LG math.DS
A nonlinear theory of non-stationary low Mach number channel flows of freely cooling nearly elastic granular gases
我们利用流体力学来研究自由冷却稀颗粒气体的非定常通道流动。我们专注于制度，通过通道的声音旅行时间比气体的特征冷却时间短得多。结果，气体压力迅速变得几乎均匀，而气流的典型马赫数下降到远低于1。消除声学模式，我们减少了一个单一的非线性和非局部的反应扩散型方程的拉格朗日坐标系中的流体动力学方程。该方程描述了一个广泛的一类通道流，特别是，可以遵循的发展，从一个弱扰动的均匀冷却状态，强非线性状态的集群不稳定性。如果忽略热扩散，约化方程是精确可解的，并且解发展为有限时间密度爆破。然而，热扩散在试图奇点附近变得重要。它阻止了密度爆炸，并带来了新的非均匀冷却状态（ICS）的气体，其中压力继续随时间衰减，而密度分布变得与时间无关。ICS的密度分布和特征弛豫时间都由描述非弹性能量损失和热扩散的相对作用的单个无量纲参数确定。在这个参数的大值，中间冷却动力学进行的气体的低密度区域之间的竞争。这场比赛类似于奥斯特瓦尔德成熟：只有一个洞在最后生存。
2008-01-15 cond-mat.soft nlin.PS physics.flu-dyn
