Influence of Cross-section Shape on Granular Column Collapses
我们研究了不同柱截面的颗粒柱坍塌，并将截面形状的影响与有限尺寸分析相关联。先前的研究仅限于最初的圆形配置，回顾了颗粒柱塌陷研究的重要性，并得出结论，跳动距离与初始纵横比成比例。在这项工作中，颗粒柱与三种不同类型的初始柱截面（正方形，等边三角形，矩形截面）模拟使用离散元法（DEM）。我们探讨如何非圆形的横截面导致不同的跳动距离。基于先前获得的有限尺寸分析，我们进一步链接在不同方向上的初始半径的相对大小的列和执行有限尺寸分析来解释的截面的影响。最后，提出了一个包含摩擦特性、相对尺寸和截面影响的通用关系式。我们的研究结果表明，有直接相关的各种自然和工程系统。
2022-06-02 cond-mat.soft
Pressure screening and fluctuations at the bottom of a granular column
我们报告了一组精确的和可重复的测量在颗粒柱底部的静压。定量分析了柱高增加时的压力饱和度。我们证明了全球堆积分数和边界处最终存在剪切带的测量具有很高的灵敏度。我们还展示了经典Janssen模型的极限，并在最近提出的理论框架下讨论了这些实验结果。
1999-04-07 cond-mat.soft
Cluster-induced deagglomeration in dilute gravity-driven gas-solid flows of cohesive grains
由于簇内颗粒的相对速度降低，通常认为簇会导致粘性颗粒之间的团聚增强。我们对重力驱动的粘性颗粒气固流动的离散粒子模拟显示出相反的趋势，揭示了一种新的机制，我们称之为“团簇诱导的解团聚”。“具体来说，我们研究了相对稀释的气固流，并将凝聚性来源的团聚体与系统中的整体不均匀性隔离开来，即，凝聚起源的聚集体和流体动力起源的簇。我们观察到增强的集群系统的大小增加（是规范的非凝聚力系统），以及减少团聚。减少的附聚被追踪到颗粒在团簇表面处的增加的碰撞冲击速度;即，更高水平的聚集导致聚集区域和非聚集区域之间更大的相对速度，从而作为颗粒温度的附加源。这一物理图像进一步证明了一个理论模型的基础上的生成和破碎率的团聚体之间的平衡。最后，集群诱导的解聚也提供了一个令人惊讶的饱和度的团聚水平在重力驱动的，气固系统的凝聚力水平的增加，而不是单调增加的行为中看到的自由发展或驱动的颗粒系统在没有重力的解释。也就是说，更高的凝聚力导致更多的能量耗散，这与竞争效应有关：增强的凝聚和增强的集群，后者导致更多的集群诱导的解凝聚。
2018-12-04 cond-mat.soft
A giant overshoot effect in the Janssen granular column
我们提出了新的实验结果的力学行为的静态颗粒组件限制在一个垂直柱。我们的测量确认，第一次，通用的杨森的缩放应力饱和曲线。因此，我们表明，在各向同性弹性的上下文中，泊松比和颗粒填充分数之间的关系。此外，使用一个系统的研究的过冲效应所产生的最高质量等于饱和质量，我们表现出的行为再现定性的各向同性弹性材料，但在一个壮观的振幅的颗粒组装的情况下。这些实验结果是对任何颗粒物质理论的有力检验。
2002-12-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Impact-induced energy transfer and dissipation in granular clusters under microgravity conditions
利用微重力实验研究了无围壁颗粒靶中碰撞能量的传递和耗散。在实验室落塔中，固体弹丸以低撞击速度（$0.045 \leq v_p \leq 1.6$ ~m~s $^{-1}$）撞击颗粒靶。由软颗粒或硬颗粒组成的颗粒簇被用作靶。多孔粉尘团块和玻璃珠分别用于软颗粒和硬颗粒。用高速摄影机记录颗粒状靶团的膨胀过程。利用实验数据，我们发现：（i）~一个简单的能量标度可以解释软颗粒和硬颗粒靶中的能量传递;（ii）~碰撞动能从碰撞点各向同性地传递到靶上;（iii）~传递的动能是弹丸初始动能的$2$ ~-~ $7$。能量传递的耗散-扩散模型可以定量地解释这些行为。
2018-11-13 astro-ph.EP cond-mat.soft
Dynamics of quasi-static collapse process of a binary granular column
通过跟踪颗粒在柱体坍塌过程中的位移，系统地研究了由二元颗粒组成的柱体的动力学行为。首先设计了一个实验装置来控制颗粒柱的准静态坍塌，然后通过使用由图像采集程序控制的工业相机来观察示踪粒子的轨迹。研究发现，柱内存在两个区域：一个是滑动区域，颗粒在其中以层状结构运动;一个是静止区域，颗粒在其中静止不动。根据这一分析结果，建立了一个动力学模型来预测粒子在时空中的轨迹演化。粒子在选定层上运动轨迹的计算结果与实验观测结果吻合较好。
2019-03-25 cond-mat.soft
Scaling of granular column collapses on inclined planes
本文结合实验数据与量纲分析提出新无量纲数，并用球多面体DEM模拟不同倾角和初始条件下的颗粒柱坍塌，统一描述相对运动距离并揭示其与水平情形的统一性。
2023-07-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Axisymmetric column collapses of bi-frictional granular mixtures
本文使用离散元方法研究双摩擦颗粒混合物的柱体坍塌，提出新的有效初始纵横比以统一描述滑移距离，并分析运动学偏离幂律缩放的原因及初始固相分数的影响。
2022-12-29 cond-mat.soft
Mechanics of granular column collapse in fluid at varying slope angles
研究了流体中初始体积分数对斜坡上颗粒柱崩塌跳动特性的影响。为了了解颗粒在流体中坍塌的流动动力学，进行了二维亚晶粒尺度的数值模拟。离散元（DEM）技术与格子玻尔兹曼方法（LBM）相结合，用于流体-颗粒相互作用，以了解淹没颗粒流的演变。为了数值稳定性，使用多松弛时间LBM（LBM-MRT）模拟流体相。为了在2D中模拟互连孔隙空间，在LBM计算期间假设颗粒半径（流体动力学半径）减小。将颗粒柱在流体中的坍塌与干燥情况进行了比较，以了解流体对跳动行为的影响。进行参数分析，以评估颗粒特性（初始填充）对0°、2.5°、5°和7.5°倾角下流动和流出距离演变的影响。通过分析滑水、卷水和粘性阻力对颗粒体运动的影响，研究了颗粒体运动的动力学特性。从能量耗散、流动前沿形状、水卷吸和堆积密度演化等机理解释了松散颗粒柱和致密颗粒柱在流体中坍塌流动特性的差异。
2017-06-29 cond-mat.soft physics.geo-ph
Local stresses in the Janssen granular column
实验研究了垂直圆柱体中颗粒材料的局部应力分布。我们使用图像相关技术来测量由颗粒施加在内壁上的力引起的容器的位移场。我们描述了一个优化过程的基础上的线性理论的弹性壳推导出这些力的分布从测量的位移场。它们对应于靠近容器内壁的颗粒材料的应力场。我们首先确认了Janssen的描述的各种实验的有效性，包括珠直径的影响和颗粒柱顶部的附加质量的效果。然后，我们应用这种方法来确定应力场在重力驱动的筒仓通过孔放电。
2013-08-27 cond-mat.soft
Creep motion of a granular pile induced by thermal cycling
我们报告了一个时间分辨的动态研究与缓慢压实的颗粒列提交热循环。柱高表现出复杂的行为：对于大幅度的温度循环，颗粒柱连续沉降，在每个循环中经历小的沉降;相比之下，对于足够小的幅度，柱表现出不连续和间歇性的活动：连续的塌陷被持续时间呈指数分布的静止期分开。然后，我们讨论了潜在的机制，这将占在有限振幅的压实和过渡。
2008-09-18 cond-mat.soft
Finite-Size Analysis of the Collapse of Dry Granular Columns
在这封信中，我们专注于颗粒柱坍塌的尺寸效应，这是潜在的连接到复杂的地球物理流动的动力学，即使颗粒组件的微观结构和它们的宏观行为之间的联系仍然没有得到很好的理解。使用球多面体离散元法（DEM），我们表明，柱半径/晶粒尺寸比的崩溃行为有很强的影响。一个有限尺寸的分析，这是由一个拐点周围的相变的启发，进行以获得一个通用的标度方程与临界指数的跳动距离。我们进一步链接的大小效应与强力网络和形式化的相关长度尺度，指数尺度与有效的纵横比。这种尺度解与二维随机网络的渗流问题有相似之处，可以推广到其他类似的自然和工程系统。
2021-09-29 cond-mat.soft
A Discrete Packing Model of Granular Material Confined in A Vertical Column
分析了颗粒间力的传递规律，提出了一种离散堆积模型来计算竖直圆柱体中颗粒底部的静压。力学分析和数值模拟结果表明，筒仓效应是由边界颗粒与内壁的摩擦接触引起的，筒仓底部的静压最初取决于外载荷，然后以指数形式趋于饱和压力Pn。在颗粒物质和堆积方式相同的情况下，饱和压力（Pn）与容器半径（R）呈线性正相关。饱和压力（Pn）与颗粒粒径（ra）成正比，其增减特性取决于颗粒内壁摩擦特性、颗粒间摩擦力和颗粒堆积角。最后，上述模型的预测与文献中的实验结果进行了比较，取得了良好的一致性。
2017-12-06 cond-mat.soft
The effects of interparticle cohesion on the collapse of granular columns
University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；École polytechnique, Institut Polytechnique de Paris（巴黎综合理工学院，巴黎理工学院）
本文通过湿颗粒与聚合物涂层颗粒的自重坍塌实验，对比不同黏聚力来源对圆柱、矩形颗粒柱坍塌的影响，提出可统一刻画黏聚力效应的无量纲数与表征框架。
2024-02-11 cond-mat.soft
Exact predictions from Edwards ensemble vs. realistic simulations of tapped narrow two-dimensional granular columns
本文用离散元法模拟了重力作用下窄圆柱圆盘的敲击过程。对于无摩擦的磁盘，这个系统有一个简单的解析表达式的爱德华兹体积系综的状态密度。我们比较预测的合奏在恒定的压缩对模拟中获得的稳定状态的结果。我们发现，稳态不能被正确地描述，因为微观采样状态不符合预测的分布，这表明平坦的措施和遍历性的假设是，一个或两个，无效的静态颗粒系统的简单实现。然而，我们发现，某些定性的功能，难以预测的体积波动从简单的参数捕获的理论。
2013-11-05 cond-mat.soft
Compaction of Granular Columns under Thermal Cycling
本研究通过实验揭示热循环下颗粒柱的压实由容器与颗粒的差异热膨胀驱动剪切所致，并用三种模型量化其缓慢弛豫与老化动力学，为地质和工程应用提供机制见解。
2025-01-23 cond-mat.soft
Numerical investigation of mode failures in submerged granular columns
本文采用双流体方法数值研究水下颗粒柱的溃决与剪切破坏，揭示初始密实度对坍塌速率和孔隙压力的控制作用，并验证模型能正确预测大尺度溃决过程中的膨胀行为与浊流。
2023-08-12 cond-mat.soft physics.geo-ph
Entangled granular media
我们研究了几何诱导的凝聚力的合奏颗粒“U-颗粒”，机械纠缠通过颗粒相互渗透。我们改变u粒子的长宽比$l/w$，并将它们形成独立的垂直柱。在实验室实验中，我们监测柱对正弦振动的响应（频率$f$，峰值加速度$Γ$）。列折叠发生在特征时间$τ$中，该时间遵循关系$τ= f^{-1} \exp(Δ/ Γ)$。$Δ$类似于活化能，并且在中间$l/w$处最大。模拟结果表明，最佳强度的结果之间的竞争包装和纠缠。
2012-04-30 cond-mat.soft
Column collapse of granular rods
我们发现的崩溃列的颗粒棒显示范围的行为，取决于颗粒的长宽比（长度$L$直径$d$）和初始桩的几何形状（高度/半径）。对于小于24的所有纵横比$L/d$，在$L/4$处存在临界高度，在该临界高度以下，堆充当固体，保持其初始形状，并且在$3L/4$处存在第二临界高度，在该第二临界高度以上，堆总是像普通粒状材料一样塌陷。分离临界高度的是一个过渡区，其中崩溃的概率从0线性增加到1。这种行为与颗粒的长度、宽度或纵横比无关。当桩倒塌时，径流半径$r_f$与无量纲高度$\tilde H$成幂律关系，与以前的普通砂实验一致。对于低桩，缩放是线性的，使用$r_f\sim \tilde H^{1.2\pm 0.1}$。在临界桩纵横比（桩高/半径）以上，这将切换到平方根缩放，使用$H^{0.6\pm0.1}$。
2010-06-22 cond-mat.soft
The Physics of Protoplanetesimal Dust Agglomerates. X. Mechanical properties of dust aggregates probed by a solid-projectile impact
尘埃聚集体力学性质的动力学表征一直是定量讨论原行星盘中尘埃生长的重要问题之一。实验研究了固体弹丸低速（$\lesssim 3.2$ m s $^{-1}$）撞击下粉尘聚集体的动力学特性。在真空条件下，将由玻璃、钢或铅制成的球形冲击器落在填充部分$ϕ=0.35$的粉尘聚集体上。撞击导致尘埃聚集体的成坑或碎裂，这取决于撞击能量。陨石坑的形状可以近似为球形，没有观察到喷出物。为了了解撞击尘埃聚集体的基本物理学，固体抛射体的运动由高速相机获得。利用获得的撞击器位置数据，分析了撞击产生的阻力规律和动压。我们发现，有两个特征优势。一个是由撞击能量和凹坑体积之间的比率定义的，并且是$\simeq 120$ kPa。另一个强度指示动态压力的碎裂阈值，并且是$\simeq 10$ kPa。前者表征了明显的塑性形变，并且与负责撞击器减速的拖曳力一致。后者对应于产生裂纹的动态拉伸强度。利用这些结果，提出了一个简单的模型的压实和破碎的粉尘聚集体的阈值。此外，还比较了粉尘团聚体和松散颗粒物质的拖曳力规律，揭示了两种物质的异同。
2017-10-26 astro-ph.EP cond-mat.soft
A cohesive granular material with tunable elasticity
通过将玻璃珠与可固化聚合物混合，我们创建了一种定义明确的粘性颗粒介质，通过固化并因此具有弹性的毛细管桥保持在一起。该材料具有类似于珠粒的湿堆积的几何形状，但是具有对将颗粒保持在一起的键的弹性的额外控制。我们表明，它的机械响应可以通过调整桥的大小和刚度，以及颗粒的大小在几个数量级上变化。我们还研究了其无侧限单轴压缩下的破坏机制结合原位x射线显微层析成像。我们表明，一个广泛的线弹性制度结束在一个极限应变约8%，无论团聚体的刚度，这对应于剪切破坏的开始。微调这种简单材料的刚度、尺寸和形状的可能性使其成为研究多孔岩石破裂、地震学或粘性多孔介质中的根生长等问题的理想模型系统。
2016-11-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Reverse Janssen effect in narrow granular columns
当颗粒被添加到圆柱体中时，底部的重量小于柱的总重量，柱的总重量通过壁/颗粒摩擦力部分地由侧壁支撑。这被称为詹森效应。通过结合实验和数值研究，在这里，我们证明了一个反向詹森效应，即由基地支持的重量的分数克服一个。我们描述了这种现象对所涉及的各种控制参数的依赖性，合理化的物理过程，负责出现的挤压摩擦力负责的异常，并引入一个模型来重现我们的研究结果。与先前的假设相反，我们的结果表明，材料单元上的本构关系可以依赖于所施加的应力。
2020-05-29 cond-mat.soft
Experiments and characterization of low-frequency oscillations in a granular column
垂直振动的颗粒床的行为让人想起液体，因为它表现出许多现象，如对流和类法拉第表面波。然而，当床的横向尺寸被限制为形成准一维几何形状时，剩下的唯一现象是弹跳床和颗粒莱顿弗罗斯特效应。这允许在宽范围的能量注入参数下观察粒状莱顿弗罗斯特状态，并且更具体地允许对存在于该状态中的低频振荡（LFO）进行彻底表征。在实验和粒子模拟中，我们从颗粒的质量信号的中心的功率谱密度确定LFO频率，改变驱动的振幅和频率，颗粒直径和系统中的层数。因此，我们发现（i）LFO频率与快惯性时间尺度成反比，（ii）与系统中慢耗散时间尺度成比例的典型衰减时间解相关。后者是一致的，认为LFO是由固有的噪音，是存在于颗粒莱顿弗罗斯特状态与低数量的粒子驱动。
2017-10-26 cond-mat.soft
Particle size effect on strength, failure and shock behavior in Polytetrafluoroethylene-Al-W granular composites
金属颗粒尺寸和样品孔隙率的变化显著地改变了使用聚四氟乙烯（PTFE）、铝（Al）和钨（W）粉末的冷等静压混合物加工的高密度颗粒复合材料的动态力学性能。准静态和动态实验进行相同的组分的质量分数与W颗粒的尺寸和压制条件的变化。相对较弱的聚合物基质允许该材料的强度和断裂模式由聚集的金属颗粒的颗粒型行为控制。在所有实验中，与粗W颗粒相比，在相对高孔隙率的样品中观察到更高的极限抗压强度。由金属颗粒组成的中尺度颗粒力链解释了这种不寻常的现象，这是在落锤试验的流体动力学模拟中观察到的。宏观裂纹的形成低于临界破坏应变的基质和不寻常的行为，由于致密化和断裂之间的竞争，在动态测试中的多孔样品也被观察到。冲击加载的这种颗粒状复合材料导致较高的分数的总内能沉积在软PTFE基体，特别是热能，这可以通过定制的W粒径分布。
2008-06-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Insights on the local dynamics induced by thermal cycling in granular matter
在这封信中，我们报告的结果上的颗粒组装通过分子动力学模拟的2D颗粒柱的温度变化的影响。定期膨胀的晶粒示出完美地模仿这样的热循环，并允许合理化之间的联系的压实过程，局部晶粒动态和有限尺寸的影响。在这里，我们证明了单个颗粒特性，即它们的粗糙度和弹性模量，定义了温度ΔTc的最小循环幅度，低于该幅度，动力学是间歇性的和空间不均匀的，同时被限制在最近创造的“热点”的局部区域中[Amon等人，物理修订版信函108，135502（2012）]。在ΔTc以上，整个柱体流动，而颗粒动力学从柱体底部的笼状到顶部的纯扩散连续变化。我们的研究结果提供了一个坚实的框架，未来使用热循环作为一种替代驱动方法软玻璃材料。
2013-06-18 cond-mat.soft
Coupled Leidenfrost States as a Monodisperse Granular Clock
利用事件驱动的分子动力学模拟，我们表明，简单的单分散颗粒限制在耦合列可能振荡作为一种新型的颗粒时钟。为了触发这种振荡，系统需要克服重力进入密度反转状态，在每个柱中，高密度聚集相由气体状低密度相（莱顿弗罗斯特效应）从下面支持。我们的分析表明，密度反转结构和相位之间的弛豫动力学可以放大柱之间的任何小的不对称性，并导致巨大的振荡。振荡只发生在耦合强度的中间范围内，并且相应的相图可以普遍地用密度反转结构的特征高度描述。提出了一个最小的两相模型，线性稳定性分析表明，振荡的触发机制可以解释为一个可切换的两参数Hopf分岔。该模型的数值解也重现类似的振荡动力学的模拟结果。
2016-06-11 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
Phase transition in a static granular system
我们发现，一列的玻璃珠表现出明确的两个阶段之间的过渡，不同的抗剪切。流化脉冲用于制备具有在0.57 - 0.63范围内的明确定义的颗粒体积分数$ϕ$的静态。剪切阻力通过将杆缓慢插入珠柱中来确定。对于杆的速度范围，过渡发生在$ϕ=0.60$处。
2006-10-03 cond-mat.soft
Ergodic-nonergodic transition in tapped granular systems: The role of persistent contacts
在过去的三十年里，静态颗粒堆积在修正的平衡统计力学的框架内进行了研究，该框架假定遍历性为基本假设。该框架进行测试的规范的例子包括在一系列的静态配置访问的粒状列进行水龙头。通过分析一个现实的模型的晶粒的响应，我们表明，体积和应力变量访问不同区域的相空间在低抽头强度在不同的实现的实验。我们表明，自来水强度超过采样攻丝成为遍历一致的强制打破所有粒子-粒子接触在每个抽头。这些结果意味着，众所周知的“可逆”分支抽头颗粒柱是有效的，只有在相对较高的抽头强度。
2017-03-09 cond-mat.soft
Undulating compression and multi-stage relaxation in a granular column consisting of dust particles or glass beads
为了从根本上表征颗粒物质中的分级结构效应，对圆柱形单元中的粉尘颗粒和玻璃珠进行了一组压缩-松弛试验。这两种颗粒的典型直径约为1~ mm。然而，通过结合微小的（$\sim 5$ ~{ \textmu }m）玻璃珠产生灰尘颗粒。用活塞以恒定的压缩速率$v$（$0.17 \leq v \leq 2000$ ~{ \textmu }m~s $^{-1}$）压缩颗粒柱，直到达到20 N的最大载荷力。之后，停止活塞并量化松弛过程。从实验结果中，我们发现，压缩力$F$非线性增加的压缩行程$z$取决于颗粒的增加。此外，在$F(z)$上还观察到了粉尘颗粒和玻璃珠中的周期性波动和力的突然下降。松弛过程的特点是由一个指数衰减的应力，然后在两种粒子的对数依赖之一。这些实验结果是本研究的重点。为了理解控制压缩力学的基本物理，我们假设了$F(z)$的经验形式;灰尘颗粒的$F\propto z^α$和玻璃珠的$F \propto \exp(z/z_G)$（$α=2.4$和$z_G=70$ ~{ \textmu }m）。然后，我们发现周期性波动和力降的增长方式与平均压缩力的增长方式相同，即，粉尘颗粒中的幂律和玻璃珠中的指数。此外，在尘埃粒子压缩过程中，随着$v$的增加，波动幅度和波长减小。根据实验结果和尘埃颗粒与玻璃微珠的区别，讨论了波动的来源和工程上所用颗粒压缩模型的物理意义。
2021-01-26 cond-mat.soft
Experimental exploration of geometric cohesion and solid fraction in columns of highly non-convex Platonic polypods
本文通过实验研究高度非凸柏拉图多足颗粒柱的稳定性，揭示几何内聚力可在无黏附条件下使松散颗粒结构保持稳定，并分析了臂数、臂厚和摩擦系数的影响。
2024-06-28 cond-mat.soft
Force Dynamics in Weakly Vibrated Granular Packings
作用在刚性垂直振动的颗粒填充柱底部的振动力F_b^ac揭示了丰富的颗粒动力学，即使振动的峰值加速度明显小于地球表面的重力加速度。对于松散堆积或高频，F_b^ac的动力学行为主要由颗粒运动控制.对于中等驱动条件下，在更紧凑的样品，晶粒运动几乎是不存在的，但F_b^ac仍然表现出强烈的非线性和滞后行为，证明了一个由非平凡的力网络动力学主导的颗粒制度。
2005-04-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effect of packing fraction on the jamming of granular flow through small apertures
我们通过一个拟动力学模型研究了通过小孔径的颗粒圆盘柱的流动和堵塞。我们专注于效果的颗粒组装的准备上获得的雪崩的大小。具有不同平均填充分数的填充系综通过在不同强度下敲击系统来创建。令人惊讶的是，填充分数不是沉积物堵塞给定孔的能力的良好指标。不同的平均雪崩大小获得的存款具有相同的平均包装分数，准备有非常不同的抽头强度。据推测，在颗粒柱的主体中的拱的数量和尺寸应该与系统堵塞小开口的能力相关。我们表明，这种相关性，如果存在的话，是相当差的。散装拱和堵塞拱之间的比较（即，阻挡开口的拱）揭示了孔在拱的水平跨度上施加了比开口的实际尺寸大的较低截止。这与以下事实有关：阻挡拱必须具有适当的取向，以适应位于孔的每一侧的两堆谷物之间的间隙。
2012-05-29 cond-mat.soft
The role of tap duration for the steady state density of vibrated granular media
我们重新审视的问题，压实的一列颗粒物质暴露于离散的水龙头。我们精确地控制立柱的垂直运动，这允许我们独立地改变单周期正弦抽头的持续时间T和幅度A。我们发现，在可逆分支的材料的密度依赖于A和T。通过比较在一系列T值下获得的可逆分支上的密度，我们发现，当绘制为A/T的函数时，我们可以折叠所有数据，A/T的尺度类似于填料的起飞速度和飞行时间。我们进一步表明，获得不同的A和T，但选择这样的可逆分支上的密度匹配的状态之间的切换，不会导致明显的滞后。我们得出结论，正弦攻丝的适当控制参数不是通常假设的峰值加速度\sim A/T^2，而是\sim A/T。
2010-01-06 cond-mat.dis-nn 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
Granular instability in a vibrated U tube
我们研究实验的集体运动的U形管内进行垂直振荡的颗粒，我们开发了一个非常简单的定量模型，捕捉所观察到的行为的相关功能。当系统以足够低的频率振动时，颗粒柱之间的高度差随时间而增长。该系统表现出两种类型的增长：指数发散（I型）和指数饱和（II型），这取决于晶粒的大小。I型生长可以通过去除空气来淬灭，而II型行为可以在不存在空气的情况下发生。模型与实验结果吻合较好。
2007-05-19 cond-mat.soft
Heterarchical Granular Dynamics
本研究提出一种异层级颗粒动力学模型，通过空间与微结构内部坐标以异层级方式建模重力下空隙的随机动力学，可描述颗粒介质的稳定/流动状态及颗粒尺寸的影响，经柱体坍塌和料筒卸料模拟验证有效。
2025-01-14 cond-mat.soft
Mechanics of a granular skin
魔砂是一种疏水性玩具颗粒材料，由于其非直观的力学性能，被广泛应用于科学普及说明中。对水下魔法沙柱失效的详细研究表明，这些特性可以追溯到一个单一的现象：系统自我生成一个有凝聚力的皮肤，将材料封装在里面。皮肤，由固定的空气-水-颗粒界面，显示多尺度的机械性能：它们的范围从接触线动力学在晶粒内粗糙度尺度，塑性流动在晶粒尺度，所有的方式样品尺度的机械响应。随着蒙皮刚度的降低，失效模式从脆性转变为韧性（两者本质上都是集体性的），并在单颗粒尺度下完全分解。
2017-03-29 cond-mat.soft
Freestanding loadbearing structures with Z-shaped particles
建筑结构，如砌体墙或柱表现出细长的垂直度，与典型的无侧限颗粒材料获得的蹲，倾斜形式形成对比。在这里，我们展示了通过简单地将适当形状的干颗粒倒入随后被移除的模具中来创建独立的、承重的、类似细长的和垂直的结构的能力。结合实验和模拟，我们探索了一个家庭的粒子类型，可以通过他们的非凸，钩形纠缠。我们发现，Z形颗粒产生的颗粒状聚集体可以是流体和颗粒，或固体和刚性足以保持垂直界面和建立独立的柱的大纵横比（>10），支持压缩载荷，而没有外部限制。我们研究了单轴压缩，弯曲和振动试验，并与其他颗粒类型，包括U形颗粒和杆的稳定性。我们发现一个显着的各向异性的内部应力传播与强大的应变硬化，稳定，而不是不稳定的负载下的结构。
2015-10-19 cond-mat.soft
The shape of jamming arches in two-dimensional deposits of granular materials
我们目前的实验结果上的形状的拱形，阻止二维筒仓的出口。对于一系列的出口尺寸，我们测量的一些属性的拱，如涉及的颗粒的数量，跨度，纵横比，和相互稳定的颗粒之间的角度。这些测量揭示了摩擦切向力在摩擦过程中的作用。此外，我们发现，拱往往采用的长宽比（高度和跨度的一半之间的商）接近1，这表明各向同性负载。的实验结果与数据的数值模型中形成的拱的大部分颗粒柱的比较揭示了两者的相似之处，以及一些现有的模型中的一些局限性。
2010-07-21 cond-mat.soft
Silo collapse under granular discharge
我们调查，在实验室规模，半径$R$和厚度$t$的圆柱壳的颗粒放电引起的崩溃。我们测量的临界填充高度的结构失败后放电。我们观察到，筒仓维持填充高度显着高于通过耦合标准壳屈曲和颗粒应力分布理论获得的估计。两种效应有助于稳定结构：（i）低于临界填充高度，由于颗粒壁摩擦的动态稳定防止了局部壳屈曲模式不可逆地增长;（ii）高于临界填充高度，在整个颗粒柱的向下滑动运动开始之前发生坍塌，使得只有部分摩擦动员起作用。然而，我们还注意到，临界填充高度随着晶粒尺寸$d$的增加而减小。粒度贡献的重要性由比率$d/\sqrt{R t}$控制。我们合理化这些拮抗剂的影响与一种新的流体/结构理论都占颗粒摩擦的实际状态在壁和固有的壳缺陷介导的颗粒。该理论产生新的缩放预测与实验结果进行了比较。
2014-12-05 cond-mat.soft
Friction-dependent rheology of dry granular systems
理解颗粒集合体的流变性对于自然和工程系统是重要的，但是颗粒间摩擦（或微观摩擦）和宏观摩擦之间的关系仍然没有得到很好的理解。在这项研究中，使用离散元法（DEM）与球形颗粒和现实的接触法律，我们调查了颗粒系统的力学与广泛的颗粒间的摩擦系数，旨在建立一个依赖于摩擦的流变干颗粒流。相应的结果表明，颗粒间摩擦力的增加使有效摩擦系数$μ_{\textrm{eff}}$显著增大，同时使系统的固相率减小，并使划分准静态区和中间流区的过渡惯性数增大.我们进一步提出了一个新的无量纲数$\mathcal{M}$，作为惯性效应和摩擦效应之间的比值，它类似于颗粒柱坍塌中的有效长宽比，并将颗粒间摩擦的影响与惯性数统一起来。然后，我们建立了$\mathcal{M}$和无量纲颗粒温度，$Θ$之间的关系，以进一步普及颗粒间摩擦的影响。这一研究将拓宽$μ(I)$流变学在自然和工程体系中的应用，并有助于建立更通用的复杂颗粒体系本构模型。
2022-05-30 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Mean Stress Tensor of Discrete Particle Systems in Submerged Conditions
平均应力张量对于研究颗粒材料的动力学至关重要。在本文中，我们使用汉密尔顿的最小作用原理推导出的平均应力张量的离散颗粒组件受到液压力场，以及严格的条件，适当定义的代表性体积元（RVE）。我们努力背后的主要目标是将粒子物理学升级为涉及谷物和水之间复杂相互作用的系统的声音应力张量。我们确定的贡献，从不平衡力，液压力，重力，外力，和粒子波动的平均应力张量。在这样做时，当颗粒系统经受复杂环境时，例如，水下条件利用离散元法（DEM）和格子玻尔兹曼方法（LBM）对干燥和饱和颗粒体系进行了三轴试验模拟，验证了所得公式的正确性。结果表明，推导的公式可以准确地计算具有各种体积力场的离散组件的应力张量。我们使用经过验证的DEM-LBM模拟淹没颗粒柱坍塌，探索在颗粒尺度上发生的物理现象，并展示其潜力。我们提供了一个新的视角的基础上的颗粒组装尺度追求流固相互作用。由于应力分析在颗粒材料本构模型中的重要性，这项工作可以帮助更好地获得饱和或淹没颗粒系统的应力-应变关系。
2023-01-18 cond-mat.soft
Emergence of Structure in Columns of Grains and Elastic Loops
仅使用岩石和弹性材料环就可以建造独立的承重结构。我们调查如何出现这些结构，并发现，必要的最大圈间距（临界间距）是一个功能的摩擦性能的晶粒和弹性的限制材料。我们推导出一个模型来理解这两种关系，这取决于一个结构的边缘处的晶粒的行为的简化。我们发现，更高的摩擦导致更大的稳定的颗粒颗粒和颗粒回路接触角，导致在一个简单的函数的摩擦临界间距，这取决于摩擦的一阶线性。另一方面，更高的抗弯刚度使环能够更好地包含颗粒的静水压力，我们使用水弹性尺度来理解。这些发现将阐明植物根系对污垢的稳定作用，并可能使仅使用颗粒材料和纤维来构建简单的无粘附结构成为可能。
2021-09-07 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
Rescaling invariance and anomalous energy transport in a small vertical column of grains
本文通过实验研究十颗珠子组成的一维垂直颗粒柱，发现其密度和温度场具有重标度不变性，并揭示了因上下对称性破缺导致的异常能量输运和新的唯象温度依赖关系。
2023-10-30 cond-mat.soft
On the origins of reverse Janssen effect
本文通过实验和计算研究反向Janssen效应，发现倾倒高度和通量显著影响其强度，高倾倒可产生强一个数量级的效应，为理解该现象及实验与模拟对比提供依据。
2024-11-06 cond-mat.soft
Effect of lateral confinement on the apparent mass of particle dampers
通过离散元法（DEM）模拟研究了垂直驱动单自由度机械系统中颗粒阻尼器（PD）的表观质量$m$和损耗因子$η$。虽然许多研究集中在$η$，但很少有人致力于$m$。它最近被证明[M]。Masmoudi \textit{et al}。71.第71章我的世界$m$根据幂律$m\proptoγ^k$非线性地依赖于行驶加速度$γ$。使用颗粒的3D填充的实验表明$k=-2$。然而，模拟与一维列的颗粒振动板和理论预测的基础上的非弹性弹跳球模型（IBBM）表明，$k=-1$。这些发现留下了悬而未决的问题，是否m可能取决于包装的维数或对壁和晶粒之间的横向相互作用。反过来，$η$被证明遵循一个通用的曲线，$η\proptoγ^{-1}$，无论在晶粒的运动的维度和约束。在这项工作中，我们考虑PD在不同的约束条件下的粒子的运动（一维，准一维，准二维和三维）。我们发现，PD（$m$和$η$）的动力学响应是不敏感的横向约束或维数。然而，我们已经观察到两个不同的制度：（一）在惯性制度，$η$衰减根据IBBM的所有维度，$η\proptoγ^{-1}$，而$m$下降与一个明显的幂律行为相匹配的Masmoudi的实验，$m\proptoγ^{-2}$，为所有的维度，但只有在范围内的中等加速度，成为负的非常高的加速度。(ii)在准静态范围内，$m$和$η$都表现出复杂的行为，作为激励幅度的函数，但倾向于IBBM预测，$…
2020-07-15 cond-mat.soft nlin.CD
