Structure of force networks in tapped particulate systems of disks and pentagons (Part 1): Clusters and Loops
由接触网络和相应的接触力定义的颗粒集合的力网络携带关于堆积状态的有价值的信息。基于力强度分布对这些网络的简单分析对制备方案或颗粒类型的变化相当不敏感。本文考虑了由摩擦盘和五边形组成的攻丝系统的二维模拟，并通过考虑网络拓扑结构随力阈值的变化来研究颗粒填料力网络的结构。我们发现，作为力阈值的函数的力网络中观察到的集群和环路的数量是显着不同的磁盘和五边形，如果切向接触力被认为是，而他们是令人惊讶的相似的网络定义的法向力。特别是，结果表明，总体而言，力网络是更异构的磁盘比五边形。此外，我们表明，通过与不同的强度，显示类似的包装分数轻敲得到的状态是难以区分的基础上简单的拓扑不变量。
2015-10-11 cond-mat.soft physics.data-an
Numerical test of the Edwards conjecture shows that all packings are equally probable at jamming
在20世纪80年代后期，Sam Edwards提出了一个可能的物理力学框架来描述无序颗粒材料的性质。该理论的一个关键假设是，所有堵塞的包装都有同样的可能性。在这期间的几年里，人们一直无法直接验证这个大胆的假设。在这里，我们提出了模拟，提供直接的证据，在unjamming点，所有包装的软排斥粒子是同样可能的，即使一般来说，堵塞包装没有。通常，堵塞的颗粒系统是在非堵塞点精确观察到的，因为颗粒不是很可压缩。因此，我们的结果支持爱德华兹的原始猜想。我们还提出的证据表明，在unjamming系统的构型熵是最大的。
2018-08-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Interacting jammed granular systems
30多年前，爱德华兹及其合作者提出了一个模型，通过等概率堵塞状态的集合来描述颗粒包装的统计数据。到目前为止，对这一模型的实验测试仍然很少。我们介绍了一个简单的系统来分析堵塞的颗粒系综的统计特性，以测试爱德华兹理论。在实验和数值模拟中研究了几乎二维几何约束中的相同球体。当轻敲时，系统向基态演化，但由于不相容的畴结构，它被捕获。分析计算再现我们的模拟结果相对较好，这使我们能够测试爱德华兹理论的耦合系统的两个子系统具有不同的属性。我们发现，关节系统只能描述爱德华兹理论，如果考虑作为一个单一的系统，由于在应力的约束。结果表明，在耦合系统中的序参量的变化是相反的，从紧凑性的变化所预期的反直观的效果。
2021-04-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Edwards Statistical Mechanics for Jammed Granular Matter
在1989年，山姆·爱德华兹爵士提出了一个有远见的建议，使用类似于热平衡统计力学的等概率堵塞状态的体积系综来处理堵塞的颗粒材料，尽管它们具有固有的非热特性。从那时起，统计力学的方法堵塞的物质已经获得了大量的关注，由理论家和实验学家。在这里，我们回顾了一个系统的方法来堵塞的问题的基础上爱德华兹统计力学合奏。我们讨论了基于体积函数的微正则系综和正则系综的构造，它取代了阻塞系统中的哈密顿量。在各个层次的近似方案的重要性，强调导致合奏平均数量，如包装分数和接触力分布的定量预测。概述了阻塞状态的现象学和实验，模拟和理论模型，仔细检查强假设爱德华兹的方法，包括最近的结果表明爱德华兹遍历假设的有效性阻塞状态。讨论了组成颗粒范围从球形到非球形（如二聚体、聚合物、椭圆体、球柱体或四面体）、硬颗粒和软颗粒、摩擦颗粒、无摩擦颗粒和粘性颗粒、任何尺寸的单分散颗粒和多分散颗粒的包装的理论框架，提供了对所有堵塞物质统一相图的见解。此外，还建立了Edwards系综亚稳堵塞态与自旋玻璃亚稳性之间的联系。这突出表明，包装问题可以被理解为一个约束满足问题排除体积和力和扭矩平衡导致爱德华兹合奏之间的统一框架的等概率堵塞状态和平衡自旋玻璃。
2017-10-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Edwards thermodynamics of the jamming transition for frictionless packings: ergodicity test and role of angoricity and compactivity
本文阐述了如何平衡统计力学的工具可以帮助解释一个远离平衡的问题：堵塞过渡无摩擦颗粒材料。爱德华兹的想法包括提出一个统计合奏的体积和应力波动，通过热力学概念的熵，紧致性，X和angoricity，A（两个温度一样的变量）。我们发现爱德华兹热力学能够描述的干扰转变（J点）。使用系综形式主义，我们阐明了以下几点：（i）我们测试相结合的体积应力系综通过比较的统计特性的堵塞的配置获得的动力学与那些平均在系综的最小值的势能景观作为遍历性的测试。这两种方法之间的协议支持“热化”的想法，在给定的angoricity和压实。(ii)微正则系综分析支持了晶粒的最大熵原理。(iii)密集变量通过一系列标度关系描述干扰方法，如A { \to } 0+和X { \to } 0-。由于力-体积耦合，可以通过由A和X的贡献组成的“阻塞温度”TJ来精确地探测阻塞转变。(iv)热力学框架揭示了干扰相变的顺序，通过显示在干扰的压力和体积等可观测量的临界波动的情况下。(v)最后，我们阐述了与相关研究的比较，显示了微观状态的等概率故障。
2011-01-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Force Chain Evolution in a Two-Dimensional Granular Packing Compacted by Vertical Tappings
利用光弹圆盘实验研究了垂直敲击二维颗粒堆积中力链演化的统计特性。在本实验中，将敲击的颗粒填料逐渐压实。在压实过程中，通过测量由组构张量导出的偏量各向异性来量化颗粒构型的各向同性，然后通过测量颗粒间力和力链取向序参量来量化力链结构的演化。随着填充率的增加，颗粒间力增加，并最终饱和到一个渐近值。此外，晶粒的配置和力链结构成为各向同性随机的退火诱导的压实进行。相反，力链的总长度保持不变。从这些参数的相关性，我们发现两个关系：（i）的晶粒结构的各向同性和力链取向的无序之间的正相关性，和（ii）之间的颗粒间力的增加和力链取向的无序性的负相关性。这些关系是普遍举行，无论粒子运动的模式有/没有对流。
2018-03-03 cond-mat.soft
Critical evaluations of different implementations of Edwards volume ensemble
本研究利用不同摩擦系数的颗粒堆积实验数据，系统评估了Edwards体积系综的多种实现方式，发现热容法和重叠直方图法结果一致，并厘清了各方法的适用边界，深化了对该系综的理解。
2025-01-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Jamming II: Edwards' statistical mechanics of random packings of hard spheres
寻找最有效的方法来包装球体的问题有着辉煌的历史，可以追溯到开普勒发现的晶体阵列和伯纳尔在60年代探索的随机几何形状。这个问题的应用范围从数学家的铅笔，颗粒材料的加工，堵塞和玻璃化转变，一直到每个杂货店的水果包装。目前有大量的实验表明，松散的方式来包装球给出了约55%的密度（RLP），而填充所有松散的空隙导致约63 - 64%的最大密度（RCP）。虽然这些数值看起来很真实，但到目前为止，还没有物理解释或理论预测。在这里，我们表明，在3d的单分散硬球的随机填充可以填充密度之间的4/（4 + 2 \sqrt 3）或53.6%和6/（6 + 2 \sqrt 3）或63.4%，定义RLP和RCP，分别。这些限制的原因来自于堵塞状态的统计图，其中RCP可以被解释为具有零压缩性的堵塞物质的系综的基态，而RLP出现在无限压缩性极限中。我们结合了一个扩展的统计力学的方法"一拉爱德华兹"（传统上发挥的作用，在热系统中的能量和温度是由体积和压实度取代）的均衡条件施加的机械稳定性的约束。最终，我们的研究结果导致一个相图，提供了一个统一的看法无序硬球包装问题。
2010-11-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Probing ergodicity in granular matter
当一个颗粒系统被点击时，它的体积会发生变化。在这里，使用一个定义良好的宏观协议，我们准备了一个合奏的颗粒系统和跟踪统计的体积变化作为一个功能的水龙头的数量。这与以前的研究相反，以前的研究集中在单一的轨迹和假设遍历性。我们设计了一种新的方法来评估一系列的合奏体积直方图的收敛性能，并引入一个合理的近似版本的不变直方图。然后，我们将这些不变的直方图与通过对一个系统的长轨迹进行采样生成的直方图进行比较，并观察非遍历性，我们对其进行量化。最后，我们使用重叠直方图的方法来评估潜在的兼容性与爱德华兹的典型假设。我们的直方图与这个假设不一致。
2012-10-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Granular contact force density of states and entropy in a modified Edwards ensemble
在一种特殊情况下，给出了Edwards颗粒接触力概率泛函的分析方法。因此，颗粒接触力的概率密度函数，得到这种情况下，从第一性原理。计算结果与实验和模拟数据吻合良好。推导假设爱德华兹的平坦测量-状态的密度是均匀的相空间的亚稳区域内。支持物理参数和经验证据的假设是，相关信息通过包装中的循环没有显着递归。最大化状态计数熵导致可以数值求解的输运方程。目前，这是使用“平均结构近似”来完成的，将态密度投影到所有角坐标上，以更清楚地识别其主要的非均匀性。这些功能包括：（1）与颗粒稳定性相关的颗粒因子（Psi）和相同颗粒上的接触力之间的强相关性，以及（2）与牛顿第三定律相关的结构因子（Upperfume）和相邻颗粒之间的强相关性。
2004-09-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Pentagon deposits unpack under gentle tapping
我们提出的结果，从模拟规则的五边形排列在一个矩形模具。颗粒经受垂直敲击。我们研究的行为的包装分数，接触数和拱分布作为攻丝振幅的函数。与圆盘相比，五边形显示出特殊的特征。作为一般规则，五边形往往比圆盘形成更少的拱形。然而，随着敲击幅度的减小，五边形拱的典型尺寸显著增大。因此，与圆形颗粒沉积物中发现的行为相比，当轻轻敲击时，五边形填料降低了其填料分数。
2007-10-08 cond-mat.soft
Statistical equivalence of reduced gravity and enhanced friction in granular packings
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；The Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）；East China Normal University（华东师范大学）；Chengdu University of Technology（成都理工大学）
研究通过X射线断层扫描对比不同重力及摩擦力下颗粒堆积，发现降低重力与增强摩擦力效果类似，二者能使颗粒堆积呈现相同特性，源于机械稳定性约束松弛，重力还保留独特接触尺度特征，为颗粒堆积提供统一统计描述。
2026-07-20 cond-mat.soft
Equivalence of fluctuation-dissipation and Edwards' temperature in cyclically sheared granular systems
利用X射线层析成像得到的颗粒轨道数据，确定了循环剪切颗粒系统中的两种有效温度。第一个是从波动耗散定理，它涉及到较轻的示踪剂粒子浸没在系统中的扩散和流动性。第二个是通过包装体积波动定义的Edwards压实度。我们发现这两个温度之间的强大的优秀协议，独立的示踪剂的类型，循环剪切振幅，和颗粒表面粗糙度。我们进一步阐明，在颗粒系统的粘性阻力是由于局部接触几何的对称性破缺。
2022-09-21 cond-mat.soft
Volume fluctuations and linear response in a simple model of compaction
本文通过一个简单的模型系统，研究了稳态下轻敲散粒体的总体积涨落。在一个系统的限制与大量的粒子，他们被发现是高斯分布，并提供了明确的表达式的平均值和方差。实验和分子动力学的结果进行了分析和定性比较与模型预测。讨论了考虑开放或封闭系统的相关性，以及由一些作者引入的Edwards紧性和有效（构型）温度的含义和性质。最后，线性响应的振动强度的变化也进行了研究。一个KWW衰减的体积响应函数被清楚地确定。这似乎证实了外部激发的颗粒系统和结构玻璃之间的某种相似性。
2007-07-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Numerical calculation of granular entropy
我们提出的数值模拟，使我们能够计算的方式，其中$N$颗粒可以包装成一个给定的体积$V$的数量。我们的技术修改了Xu等人的方法。106，245502（2011）），并且比现有的直接枚举方法性能好200多个数量级。我们用我们的方法来研究系统的大小依赖的不同包装的系统多达128个多分散软盘的数量。我们表明，即使颗粒是可区分的，我们必须包括一个因素$1/N!$，以确保熵不改变时，在相同的宏观状态下的系统之间交换粒子。我们的模拟提供了强有力的证据表明，包装熵，适当定义时，是广泛的。由于不同的填充是以不相等的概率创建的，因此自然将填充熵表示为$S=-\sum_i p_i\ln p_i -\ln N!$，其中$p_i$表示生成第$i$个填充的概率。我们可以可靠地计算这个量，它也是广泛的。因此，颗粒熵（重新）定义，而不同于爱德华兹提出的假设（J. Phys.：Condens.Matter 2，SA 63（1990））确实具有Edwards假定的所有性质。
2014-03-24 cond-mat.soft
Experimental Study of the Nematic Transition in Granular Spherocylinder Packings under Tapping
该研究结合X射线断层扫描与Edwards系综，提出考虑重力和机械稳定性的经验自由能，以解释敲击球柱体堆积中的向列相转变、相共存及成核能垒。
2023-09-26 cond-mat.soft
Random loose packing and an order parameter for the parking lot model
我们已经得到了随机松散的包装分数的停车场模型（PLM）的两个变量的统计描述的Tarjus和Viot的PLM无限紧性的限制。PLM是颗粒在基底上的吸附和解吸的随机模型，其已被用作颗粒材料的压实的模型。引入一个序参量$ρ$来表征模型离稳态有多远。因此，具有$ρ<1$的配置老化。我们建议，$ρ$可以作为一个起点，以建立爱德华兹的统计力学和颗粒流体力学之间的联系。
2010-05-25 cond-mat.soft
Local analysis of the history dependence in tetrahedra packings
颗粒样品的机械性能通常取决于填料的制备方式。然而，还不清楚包装的哪些属性存储了这些信息。在这里，我们提出了一个X射线断层扫描研究的三对四面体填料准备与三个不同的攻丝协议。每对填料中的填料在通过其接触施加在颗粒上的机械约束$C$的数量上有所不同，而它们的体积分数$ϕ_{global}$大致相同。我们将$C$分解为四面体之间可能的三种不同接触类型的贡献--面对面（F2 F）、边对面（E2 F）和点接触--每种接触都固定了不同数量的约束。然后，我们进行局部分析的接触分布分组的颗粒在一起，根据其各自的体积分数$ϕ_{local}$计算从Voronoi镶嵌。我们发现，在已经足够长的时间内，F2 F接触的数量成为$ϕ_{local}$的通用函数的样本。相反，E2 F和点接触的数量随着所应用的分接协议而变化。此外，我们发现的Voronoi细胞的形状的各向异性依赖于轻敲协议。这种行为不同于球体和椭球体，并且是任何平均场方法对四面体填充的重要约束。
2018-03-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Jammed Spheres: Minkowski Tensors Reveal Onset of Local Crystallinity
无摩擦的单分散球体的无序堵塞填充的局部结构，由Lubachevsky-Stillinger算法产生的，研究了填充分数高于和低于64%。fcc或hcp结晶填料（局部结晶度）的颗粒环境的结构相似性进行量化的顺序度量的基础上秩四Minkowski张量。我们发现一个关键的包装分数\approx 0.649，明显高于以前报道的有争议的随机紧密包装限制值。在α_c处，找到局部结晶构型的概率首先变得有限，并且对于较大的填充分数，增加几个数量级。这提供了定量的证据，突然开始的局部结晶度在1000 ℃。我们证明，经常使用的本地键取向顺序度量Q_6的本地结晶度的识别产生假阳性，从而掩盖了突然发病的本地结晶度。由于临界填充分数是显着以上的结果从平均场分析的机械接触无摩擦的领域，它建议，动态逮捕由于均衡和所谓的几何相变在爱德华兹框架可能是断开的现象。
2012-04-11 cond-mat.soft
Theory of random packings
我们回顾了最近提出的随机填充理论。我们描述的体积波动堵塞的物质通过体积函数，服从分析和数值计算。我们结合了一个扩展的统计力学的方法“一拉爱德华兹”（传统上发挥的作用，在热系统中的能量和温度是由体积和压实度取代）的均衡条件施加的机械稳定性的约束。我们展示了如何这样的方法可以带来的结果，可以与实验相比，并允许利用的统计力学框架。关键的结果是使用的局部Voronoi体积的组成颗粒和邻居的数量之间的关系，允许一个简单的组合，这两种方法来开发一个理论的随机填充。我们预测的随机松散包装（RLP）和随机紧密包装（RCP）的密度与实验密切一致，并制定了一个相图堵塞的物质，提供了一个统一的观点无序硬球包装问题，并进一步阐明了不同的光谱数据，包括RLP状态。数值模拟证实了摩擦在确定RLP和RCP极限中所起的重要作用，很好地再现了理论结果。最后，我们提出了一个扩展的讨论存在的几何和机械的协调数，以及如何测量这两个数量在实验和计算机模拟。
2016-03-28 cond-mat.soft
A statistical mechanics framework for static granular matter
近年来，颗粒材料的物理性质得到了广泛的研究。然而，到目前为止，除了唯象干扰图之外，还没有一个理论框架能够以统一的方式解释观测结果[1]。这项工作的重点是静态颗粒物质的情况下，我们已经建立了一个统计系综[2]，它反映了平衡统计力学。这个合奏，这是基于应力张量的守恒性质，是不同于原来的爱德华兹合奏，并适用于包装的变形颗粒。我们将其与场理论分析的包装，其中该领域是艾里应力函数来自力和扭矩平衡条件。在这个框架中，J点的特征在于压力波动的发散刚度。另外，我们提出了一个唯象的平均场论的干扰过渡，其中包括平均接触数作为一个变量。我们在[3，4]提出的边际刚性图的背景下将这两种方法联系起来。
2008-10-31 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
