Toward the Jamming Threshold of Sphere Packings: Tunneled Crystals
我们已经发现了一个新的三维晶体球填充家族，它们是严格堵塞的（即，机械稳定）并且还具有非常低的密度。这个家庭构成了一个不可数无限数量的晶体包装，是致密晶体包装的子包装，其特征在于高浓度的自我避免的“隧道”（链的空缺）渗透的结构。这些隧道晶体的基本几何特征本身就引起了人们的兴趣，这里将详细介绍。这些包括晶格矢量（指定包装配置），协调结构，Voronoi细胞，和密度波动。隧穿晶体不仅是实现干扰阈值（最低密度刚性堆积）的候选结构，而且对于凝聚态物理和材料科学可能具有实质上更广泛的意义。
2007-07-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Confined disordered strictly jammed binary sphere packings
在约束条件下的无序堵塞填料受到的关注比它们的对应物\textit{bulk}少得多，但在各种实际情况下也会出现。在这项工作中，我们研究了限制在两个平行硬平面之间的二元球填充，并推广了Torquato-Jiao（TJ）顺序线性规划算法[Phys. Rev. E { \bf 82}，061302（2010）]，以获得推定的最大随机堵塞（MRJ）填充，其在大范围的平面分离距离$H$上精确均衡且具有高保真度，小球与大球半径比$α$和小球相对浓度$x$。我们发现，包装特性可以从他们的散装类似物，这是由于我们所谓的“约束挫折”有很大的不同。密闭包装中的响尾蛇通常比散装包装中的响尾蛇更为普遍。我们观察到，填充分数，rattler分数和MRJ填料的无序度一般增加与$H$，虽然存在例外。当$H$在$H$的某些值附近变化时，填充特性的不连续性是由于不同堵塞状态之间的相关不连续转变。我们还应用局部体积分数方差$σ_τ^2(R)$来表征约束填料，并发现这些填料具有基本上相同的水平的超均匀性作为他们的散装同行。我们的发现通常与生物学中出现的受限包装有关（例如，鸟类和昆虫的结构颜色），并可能对高密度粉末的产生和改进电池设计产生影响。
2015-12-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Onset of mechanical stability in random packings of frictional spheres
使用沉降，以获得精确控制的包装的非粘性球，我们发现，体积分数$ϕ_{\rm RLP}$的loophilic机械稳定的包装是在一个操作的意义上，以及由一个极限过程定义。该随机松散堆积体积分数随着压力$p$的降低和颗粒间摩擦系数$μ$的增加而降低。使用X射线层析成像来校正取决于颗粒尺寸的容器边界效应，我们发现在极限$p \to 0$中的粗糙颗粒的一个新的下限，$ϕ_{\rm RLP} = 0.550 \pm 0.001$。
2008-07-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Non-Universality of Density and Disorder in Jammed Sphere Packings
我们首次表明，集体堵塞无序包装的三维单分散无摩擦硬球可以生产和调整使用一种新的数值协议与包装密度$ϕ$低至0.6。这远低于与最大随机堵塞状态相关的0.64的值，并且与定义不清的“随机松散堆积”状态密度完全无关。具体地，在具有可变无序的宽密度范围$ϕ\in [0.6,~0.74048\ldots]$上，产生具有以任何密度$ϕ$为中心的非常窄的分布的共同堵塞的填料。我们的研究结果支持这样的观点，即没有一个通用的干扰点是可区分的包装密度和发生频率的基础上。我们的堵塞包装映射到一个密度阶度量平面，这提供了一个更广泛的表征包装比密度。对填料的其他特性，如对关联函数、平均接触数和振子分数进行了定量分析和讨论。
2011-01-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Connecting packing efficiency of binary hard sphere systems to their intermediate range structure
使用计算机X射线断层扫描，我们确定的三维（3D）结构的二元硬球混合物的组成和颗粒的尺寸比，q的函数。使用最近引入的四点关联函数，我们发现，这种三维结构的中间和大的长度尺度上令人惊讶的规则秩序，其对称性依赖于q。相关的结构相关长度有一个最小值的组合物在包装分数是最高的。在该组成下，不同的局部颗粒排列的数量也具有最大值，表明颗粒的有效堆积与局部最大无序的结构相关。
2021-09-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Dense sphere packings from optimized correlation functions
基本光滑函数（超越接触）被用来构造成对的关联函数，以模拟堵塞的无序球填充。使用Torquato和Stillinger [J. Phys. Chem. B 106，8354，2002]的g2不变优化方法，在必要的可实现性条件下优化这些函数中的参数，以最大化填充分数phi和每个球Z的平均接触数。一对关联函数，它包含了无序堆积的显著特征，并且在接触之外是光滑的，被示出为允许φ为0.6850：该值表示三维中全等硬球的最大值π/sqrt{18} ~ 0.7405，和0.64，与最大随机堵塞（MRJ）填料在三维空间中的近似分数。我们发现，令人惊讶的是，继续添加由光滑正弦曲线组成的初等函数，其衰减为r^{-4}，允许填充分数接近pi/sqrt{18}。一个平移顺序度量是用来区分度的顺序包装。我们发现，为了获得更高的填充分数，有序度必须增加，这与先前研究的结果一致[Torquato等人，物理修订版信函84，2064，2000]。
2009-01-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The structural origin of the hard-sphere glass transition in granular packing
玻璃化转变伴随着结构弛豫时间的快速增长和伴随的构型熵的降低。目前还不清楚的过渡是否有热力学起源，以及是否动态逮捕是与一定的静态秩序的增长。使用颗粒填料作为模型硬球玻璃，我们显示的玻璃化转变作为一个热力学相变与“隐藏”的多面体秩序。这种多四面体有序在空间上与缓慢的动力学相关。它是几何挫折，并有一个特殊的分形维数。此外，随着填充分数的增加，它的增长遵循熵驱动的成核过程，类似于随机一级跃迁理论。我们的研究基本上确定了一个长期追求的结构玻璃秩序硬球玻璃。
2015-09-29 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Exactly Solvable Disordered Sphere-Packing Model in Arbitrary-Dimension Euclidean Spaces
我们在$d$维欧氏空间$\mathbb{R}^d$中引入了一个著名的硬球随机序列加法（RSA）过程的推广。我们表明，所有的$n$粒子关联函数的非平衡模型，在一定的限制称为“鬼”RSA包装，可以得到解析所有允许的密度和在任何尺寸。这代表了第一个精确可解的任意维无序球堆积模型。幽灵RSA填充的最大密度$ϕ(\infty)=1/2^d$的事实意味着在足够高的$d$中可能存在无序球填充，其密度超过Bravais格的Minkowski下界，其主导渐近项是$1/2^d$。事实上，我们报告的密度的渐近行为是由$2^{-(0.77865...) d}$，从而提供了假定的指数改进闵可夫斯基的100岁的界限上的一个几何下界。我们的结果表明，在足够高的维度的密度堆积可能是无序的，而不是周期性的，这意味着无序的经典基态的存在，一些连续的潜力。
2006-03-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Densest local packing diversity. II. Application to three dimensions
对于N = 1054的任意取值，得到了N个三维全同非重叠球在相同大小的固定中心球的半径Rmin（N）内的密排局部填充.在本文件的前身[A. B.霍普金斯，F.H. Stillinger和S. Torquato，Phys.Rev.E81041305（2010）]中，我们描述了我们的方法，用于找到d维欧氏空间Rd中N个球的假定的denominator包装，并给出了R2中N值高达N = 348的那些包装。本文分析了R3中密度局部填充的性质和特征，并利用Rmin（N）的知识，利用任意d下的方法，构造了球填充的关联函数对的可实现性条件和无限球填充的最大密度上界.在R3中，我们发现了广泛的变化，在dennial本地包装，包括众多的包装对称性，如完美的四面体和不完美的二十面体对称。我们比较了中心球附近N个球的密集局部填充与N+1个点与短程排斥和长程吸引对势相互作用的最小能量配置，例如，12-6 Lennard-Jones，并发现它们在一般情况下是完全不同的，一个结果，有可能影响成核理论。我们还比较了在R3中的无限堆积的堆积变体的有限子集（Barlow堆积）的无限局部堆积，并且发现，由相似性度量测量，无限局部堆积几乎总是与具有关于单个中心球测量的最小数量的配位壳的Barlow堆积的子集最相似，例如，FCC Barlow填料的子集。我们还观察到，密集的局部包装是占主导地位的球安排的中心，精确的距离R…
2010-09-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech math.MG
Universal relaxation dynamics of sphere packings below jamming
我们发现，非布朗悬浮的排斥球低于干扰显示一个缓慢的弛豫动力学的特征时间尺度，在干扰发散。这种缓慢的时间尺度完全编码在未堵塞的包装结构中，并且可以通过振动态密度容易地测量。我们表明，相应的动态临界指数是相同的随机生成和剪切填料。我们的研究结果表明，各种各样的物理情况下，从悬浮液流变学的算法研究的干扰过渡控制一个独特的发散的时间尺度，具有普遍的临界指数。
2019-04-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Characterization of maximally random jammed sphere packings: Voronoi correlation functions
我们的最大随机堵塞（MRJ）球填充的结构特征通过计算闵可夫斯基泛函（体积，表面积和积分平均曲率），其相关的Voronoi细胞。这些泛函的Voronoi细胞在MRJ球填料的概率分布函数是定性类似的平衡硬球液体和部分甚至不相关的泊松点过程，这意味着这种局部统计是相对结构不敏感。这并不奇怪，因为单个Voronoi单元的Minkowski泛函仅包含局部信息，并且对全局结构信息不敏感。为了改善这一点，我们引入的描述符，将非本地信息通过关联函数的闵可夫斯基泛函的两个细胞在一个给定的距离，以及某些细胞的细胞概率密度函数。我们评估这些高阶函数为我们的MRJ包装以及平衡硬球和泊松点过程。我们在超均匀MRJ填充的Voronoi体积中发现了强的非线性关系，这与以前对其他对相关性的发现一致[A. Donev等人，物理修订版信函95，090604（2005）]，表明大尺度体积波动通过伴随大Voronoi单元和小单元而被抑制，反之亦然。与上述局部Voronoi统计相反，Voronoi细胞的关联函数定性地区分MRJ球填料（原型玻璃）的结构与相关平衡硬球液体的结构。此外，虽然我们没有发现任何完美的二十面体（局部denominable可能的结构，其中一个中心球接触12个邻居）的MRJ包装，初步Voronoi拓扑分析表明存在强烈扭曲的二十面体。
2015-01-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Combining tomographic imaging and DEM simulations to investigate the structure of experimental sphere packings
我们结合先进的图像重建技术，从计算机X射线显微断层扫描（XCT）与国家的最先进的离散元法模拟（DEM）研究粒状材料。这个“虚拟实验室”平台允许我们访问一些量，比如摩擦力，这些量在实验上是无法测量的。
2010-01-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Characterization of Maximally Random Jammed Sphere Packings. III. Transport and Electromagnetic Properties via Correlation Functions
在本系列的前两篇论文中，我们通过计算各种不同的关联函数、谱函数、空穴概率和局部密度涨落，描述了长度尺度上最大随机堵塞（MRJ）球填充的结构。从MRJ填料的显著结构特征，特别是其无序的超均匀性，可以预期的特殊的物理性能。在这里，我们采用这些结构描述符来估计有效的传输和电磁性能，通过严格的界限，精确的扩展，和准确的解析近似公式。这些性质公式包括界面边界以及平均存活时间和流体渗透率的普遍标度律。我们还估计了完全吸收陷阱中与布朗运动有关的主弛豫时间。对于电磁波的传播在长波长的限制，我们表明，在另一种介电材料的矩阵内的介电MRJ球的分散形式，一个非常好的近似，一个无耗散的无序和各向同性的两相介质的任何相位介电对比度。我们比较的MRJ球包装的有效性质的重叠领域，平衡硬球包装，硬球晶格。此外，我们推广的结果，微观和宏观各向异性包装的球体张量有效的性质。分析界限预测与这些结构相关的物理性质的定性趋势，这为更耗时的模拟和实验提供了指导。它们特别为实验提供动力，以设计具有由超均匀性产生的独特体积特性的材料，包括结构颜色和颜色传感应用。
2018-01-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Spherical codes, maximal local packing density, and the golden ratio
d维欧氏空间Rd中的离散局部填充（DLP）问题涉及在一个固定的单位直径球附近放置N个不重叠的单位直径球，使得从固定球的中心到周围N个球的中心的最大距离最小. DLP问题的解决方案是相关的实现对关联函数包装的不重叠的领域，并可能被证明是有用的，在改进后的最佳已知的上界的最大包装分数的领域包装在尺寸大于3。在Rd中的最优球面编码问题涉及到将N个单位直径的不重叠球面的中心放置到半径为R的球面上，使得R最小化。证明了在任意维数下，N个球面的最优球面编码问题的所有在1和黄金分割比之间的解也是相应的DLP问题的解。因此，对于任何单位直径的非重叠球体的堆积，半径小于或等于黄金比例的球形区域以任意球中心为中心，不能包含比可以放置在该区域表面上的球中心数量多一个的球中心数量。
2010-03-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech math.MG
Heterogeneity and Low-Frequency Vibrations in Bidisperse Sphere Packings
本研究通过计算机模拟发现，在尺寸比大的双分散球体堆积中，小颗粒形成团簇引发结构异质性，并显著增强低频振动，其态密度呈线性频率依赖，且两者密切相关，表明异质堆积与均匀堆积本质不同。
2023-11-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Phyllotactic description of hard sphere packing in cylindrical channels
我们开发了一个简单的分析理论，涉及密集的球形填料在一个圆柱体上相应的磁盘包装在其表面上。它适用于比率R=D/d（其中d和D分别是硬球和边界圆柱体的直径），直到R=1+1/sin（pi/5）。在这个范围内，密排填料是这样的，即所有球体都与圆柱形边界接触。详细的结果阐明了广泛的数值模拟，由我们自己和他人通过识别所有竞争阶段的性质。
2011-04-12 cond-mat.soft
Structure characterization of hard sphere packings in amorphous and crystalline states
硬球系统中的通道尺寸分布，基于四个粒子位置的局部邻域相关性，研究了所有体积分数的干扰。对于每个粒子，相邻粒子的所有三个粒子组合定义通道，这与锁定概念相关。的通道尺寸分布的分析被证明是非常有用的，在区分气体，液体，部分和完全结晶，和玻璃状（随机）堵塞状态。一个共同的微观结构特征的四个共面粒子中观察到的结晶和玻璃堵塞状态，这表明存在“隐藏”的二维秩序在三维随机紧密堆积。
2014-05-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Densest local sphere-packing diversity: General concepts and application to two dimensions
利用非线性规划方法结合位形空间的随机搜索，得到了N个相同且不重叠的球在相同大小的固定中心球的半径Rmin（N）内的密集局部填充. d维欧氏空间中的Rmin（N）的知识允许构造球填充的关联函数对的可实现性条件和无限球填充的最大密度的上界。本文主要研究二维圆盘问题。我们发现并提出了假定的densitivepackings和相应的Rmin（N）为选定的值N = 348，并使用这些知识来构建这样一个可实现的条件和上限。我们还分析了最大密集堆积的性质和特征，发现它们的对称性和接触网络存在显著的变化，并且即使对于大N，绝大多数也与三角晶格有很大的不同。我们的工作对包装问题、成核理论和表面物理学具有影响。
2010-02-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech math.MG
Close packing density of polydisperse hard spheres
在3D中各向同性地填充相等大小的球体的最有效方法被称为随机紧密堆积状态，这为物理和工程中的许多近似提供了起点。然而，真实颗粒材料的粒度分布从来不是单分散的。在这里，我们提出了一个简单而准确的近似随机紧密堆积密度的硬球的任何尺寸分布，映射到一个一维的问题的基础上。为了验证这一理论，我们进行了广泛的模拟与流体动力学摩擦的弹性球的混合物。模拟结果表明，一般（但弱）的最终（基本上是硬球）的堆积密度对流体粘度和颗粒尺寸的依赖性，但这可以通过选择一个特定的质量和颗粒尺寸之间的关系，使随机紧密堆积的体积分数定义良好，以消除。我们的理论与双分散，三分散和对数正态分布的模拟吻合得很好，并正确地再现了大尺寸比的精确极限。
2009-12-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Random close packing fractions of lognormal distributions of hard spheres
我们将最近的一维算法用于预测多分散硬球的随机紧密堆积分数[Farr和Groot，J.Chem.Phys.133，244104（2009）]应用于球尺寸的对数正态分布和这种群体的混合物的情况。我们的结果比较好，直接模拟球体在三维空间中的两个慢得多的算法，并表明该算法是足够快的粒子包装的逆问题：设计尺寸分布，以满足所需的标准。本文中使用的一维方法是以C编程语言的计算机代码实现的，根据GNU通用公共许可证（版本2）的条款，可在http://sourceforge.net/projects/spherepack1d/上获得。
2013-06-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Geometry of Frictionless and Frictional Sphere Packings
我们研究静态填充的摩擦和摩擦球在三维空间中，通过分子动力学模拟，其中我们改变颗粒硬度，摩擦系数，和恢复系数。尽管硬球的无摩擦填料总是等静压的（具有六个接触）而不管构造历史和恢复系数，但摩擦填料实现了取决于系统参数和构造历史的多种超静定填料。随着两个颗粒之间的摩擦系数$μ$增加，配位数从$z=6$平滑地减少，而不是立即下降到4。
2001-11-08 cond-mat.soft
Dense packings of spheres in cylinders I. Simulations
我们研究的最佳包装的硬球在一个无限长的圆柱体，使用模拟退火，并比较我们的结果与类似的问题的包装磁盘上展开的表面上的一个圆柱。详细描述了D/d=2.873（圆柱体和球体直径之比）时的密度结构并制成表格。这将以前的计算扩展到包括不与圆柱体接触的内部球体的结构范围内。
2012-05-09 cond-mat.soft
Densest binary sphere packings
在α-x平面中，小球体与大球体半径比α和小球体相对浓度x的致密二元球体填充历来非常难以确定。先前的研究已经导致预测这些填充物由几种已知的“合金”相组成，包括例如AlB 2（六方Ω）、HgBr 2和AuTe 2结构，并且导致XYn结构由紧密填充的大球与间隙中的小球（数量比为n比1）组成，例如，n = 1的NaCl填充。然而，利用Torquato-Jiao球填充算法的实现[S. Torquato和Y. Jiao，Phys.Rev.E82，061302（2010）]中，我们已经发现，更多的结构出现在致密填充中。例如，以前所有已知的致密结构都是由小到大的球体组成的，其数量比为1：1、2：1，最近还有3：1，而我们已经发现了数量比为7：3和5：2的致密结构。在最近的工作[A。B.霍普金斯，Y. Jiao，F. H. Stillinger和S. Torquato，Phys. Rev. Lett. 107，125501（2011）]，我们总结了这些发现。在这项工作中，我们提出了已知的最密集的填料的结构，并提供有关其特性的细节。我们的研究结果表明，一个广泛的阵列的不同的dennious机械稳定的结构组成的只有两种类型的组件可以形成没有任何考虑的吸引力或各向异性的相互作用。此外，我们已经确定的新结构可能对应于某些二元原子和分子系统的当前未识别的稳定相，特别是在高温和高压下。
2012-01-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Intrinsic structural features in jammed disordered packing of monodisperse spheres
提出了一种新的四面体结构模型，系统地表征了不同摩擦系数的单分散球堵塞无序堆积的几何结构。一个内在的结构特征，揭示了所有堵塞的无序填料，这是由包装分数，独立于颗粒间的摩擦。此外，与晶相相关的结构构型比几何阻挫构型更普遍。此外，不规则的单形被发现在密度的增加中起着关键作用，而不是规则的单形，与以前的预期相反。我们的模型提供了一个内在的结构基础的随机密堆积。
2020-10-05 cond-mat.soft
Packing Confined Hard Spheres Denser with Adaptive Prism Phases
我们发现，硬球之间的两个平行的硬板包装密集的周期性自适应棱柱结构，这是由交替的棱柱球。棱镜的内部结构与狭缝高度相适应，这导致了一系列板分离的紧密填充，刚好高于三个相交的正方形层正好适合板之间的距离。自适应棱镜相也观察到在实际空间实验中的空间稳定的胶体和有限压力下的蒙特卡罗模拟。
2012-11-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Pushing the glass transition towards random close packing using self-propelled hard spheres
尽管半个多世纪前就提出了硬球的随机紧密堆积的概念，几乎普遍的堆积分数为~ 0.64，但仍然存在持续的争论。寻找密堆积的主要困难在于，在~ 0.58处具有超过玻璃化转变的堆积分数的状态本质上是非平衡系统，其中动力学随着结构弛豫时间随密度而发散而减慢;因此，无规密堆积是不可接近的。在这里，我们进行模拟的自我推进的硬球，我们发现，随着活动的增加，松弛动力学可以加快数量级。玻璃化转变转移到更高的包装分数后，增加的活动，使研究的球形包装与流体样的动力学在包装分数接近随机紧密包装。我们的研究开辟了新的可能性，调查致密包装和硬颗粒系统中的玻璃化转变。
2013-10-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.comp-ph
A heuristic approach for the densest packing fraction of hard-sphere mixtures
在以前的工作中，提出了一种简单的方法来获得硬球混合物的堵塞包装分数的知识的随机密堆积分数的单组分系统。现在，该方法的扩展应用于提供一个近似的公式，对于给定的硬球混合物的致密填充分数的fcc致密填充分数的单组分硬球系统和一个单一的参数封装的依赖性的大小比和数量的球在晶胞。与最近的结果进行比较，这种致密的包装分数的二元和三元系统，并获得合理的协议。
2023-01-19 cond-mat.other cond-mat.soft physics.chem-ph
The Geometrical Structure of Disordered Sphere Packings
本文用X射线计算机断层成像研究了体积分数为0.58 ~ 0.64的单尺寸球形大填料的三维结构。我们寻找签名的组织，我们分类的地方安排，我们探索的影响，当地的几何约束的全球包装。这项研究是迄今为止在颗粒尺度上对无序堆积进行的最大和最准确的经验分析，绘制了超过140，000个球坐标。我们讨论了拓扑和几何的方式来表征和分类这些系统，并讨论了影响，当地的几何形状可以对这些无定形结构的形成机制。
2005-02-01 cond-mat.soft
Soft Sphere Packings at Finite Pressure but Unstable to Shear
无热软球填料什么时候卡死？任何与实验相关的定义至少必须要求一个堵塞的填料来抵抗剪切。我们证明了广泛使用的（数值）协议，其中颗粒被压缩在一起，可以并确实产生包装是不稳定的剪切-和产生这样的包装的概率达到一个附近的干扰。我们引入了一个新的协议，通过允许系统探索不同的盒子形状，因为它平衡，产生真正的堵塞包装严格正剪切模量G。对于这些填充，G的平均值的标度与以前的结果一致，而概率分布P（G）则表现出新颖和丰富的标度
2012-06-01 cond-mat.soft
Loose packings of frictional spheres
我们已经生产了松散包装的粘性，摩擦领域的顺序沉积高度球形，单分散颗粒通过流体。通过改变流体和颗粒的性质，我们确定了斯托克斯数（St）-而不是流体中颗粒的浮力-作为控制接近松散堆积极限的参数。在阈值St处达到松散填料极限，在该阈值St处，撞击在填料上的颗粒的动能被流体完全耗散。因此，对于无粘性颗粒，沉积过程的动力学，而不是静态堆积的稳定性，决定了随机松散堆积的极限。本文对流体中颗粒间摩擦力进行了直接测量，并给出了松装体积分数RLP随摩擦系数μ s变化的实验测量结果。
2010-05-05 cond-mat.soft
Cutting self-similar space-filling sphere packings
任何充满空间的球体堆积都可以用平面切割，得到充满空间的圆盘堆积。在这里，我们处理的空间填充包装使用倒置几何导致完全自相似的分形包装。首先，我们证明了沿随机超平面切割一般导致一个包装的分形维数的一个未切割包装减1。第二，我们发现特殊的削减，可以构建自己的反演几何。这种特殊的切割具有特定的分形维数，我们通过切割三维和四维包装来证明。发现的特殊切割的数量增加，相对于一个截止参数表明存在无限多的拓扑结构与不同的分形维数。
2016-09-13 cond-mat.other cond-mat.soft
Jammed lattice sphere packings
我们产生和研究的均衡堵塞硬球晶格的合奏。这些晶格是通过压缩的周期性系统与自适应单位细胞包含一个单一的领域，直到机械稳定的点。我们提出了详细的数值数据的密度，对相关性，力的分布，和结构因素，这样的晶格。我们发现，这个模型保留了许多经典硬球模型的关键结构特征，并提出它作为一个模型的干扰和玻璃化转变，使探索更高的维度比通常可访问的。
2014-01-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech math.MG
Structural properties of dense hard spheres near random close packing
我们数值研究了硬球（HS）的机械稳定包装的结构特性，在很宽的包装分数$0.53 \le ϕ\le 0.72$。详细的结构信息是从取向序参量，这清楚地揭示了无序有序相变的随机紧密堆积（RCP）密度，$ϕ_{\rm c} \simeq 0.64$的分析。在$ϕ_{\rm c}$之上，晶核形成3D样簇，其在进一步脱浆时转变成交替的平面样层。我们还发现，二十面体对称的粒子只在RCP转变附近的一个狭窄的密度范围内生存。
2014-07-29 cond-mat.soft
Structural properties of dense hard sphere packings
研究了全同硬球（HS）密堆的结构性质。键序参量方法被用来获得详细的信息，在$ϕ=0.53$和$ϕ=0.72$之间的范围内的不同的包装分数$ϕ$的系统的局部结构特性。基于旋转不变量$w_6$上球形分布的累积性质，提出了一个新的序参量来表征随机堆积HS体系的结晶行为。它示出，在结晶HS系统的填充分数的增加，首先导致在转化的个别的结晶集群到全球的三维晶体结构，其中，进一步致密化后，转化成由不同的晶格类型形成的交替的平面层。
2011-01-28 cond-mat.soft
Structural similarity between dry and wet sphere packings
颗粒材料的机械性能在润湿液体的存在下显著改变，润湿液体在颗粒之间产生毛细桥。在这里，我们证明，使用X射线断层扫描的干和湿球填料，这种机械性能的变化并不伴随着填料之间的结构差异。我们通过每个球$\langle Z\rangle$的平均接触数和颗粒的Voronoi细胞的形状各向同性$\langle β_0^{2,0} \rangle$来表征后者。此外，我们表明，每球$\langle B\rangle$的液体桥的数量约等于$\langle Z\rangle + 2$，独立的体积分数的包装。这些发现将有助于指导湿颗粒物质的颗粒模型和连续介质力学描述的发展。
2019-01-22 cond-mat.soft
Disordered jammed packings of frictionless spheres
在低体积分数时，无摩擦球的无序排列被发现在un-cuffed状态无法支持施加的应力，而在高体积分数时，他们被发现在堵塞状态与机械强度。在这里，我们表明，专注于硬球零压力极限，未堵塞和堵塞状态之间的过渡不会发生在一个单一的值的体积分数，但在整个体积分数范围内。这一结果是通过直接数值构造的无序堵塞状态的体积分数之间变化的两个限制，$0.636$和$0.646$。我们确定这些限制与无摩擦球的随机松散堆积体积分数$\rl$和随机紧密堆积体积分数$\rc$，分别。
2010-10-05 cond-mat.soft
Structure of marginally jammed polydisperse packings of frictionless spheres
我们建模的包装结构的一个边际堵塞散装合奏的多分散球体使用扩展granocentric模式明确考虑到摇铃。这导致了填料的特征参数（例如，相邻体的平均数和振子的分数）与径向分布函数g（r）之间的关系。我们发现模型预测的g（r）和包装模拟以及实验堵塞的乳液液滴之间的良好协议。所观察到的定量协议开辟了一条道路，对成像和散射实验堵塞粒子系统的完整结构表征。
2014-11-02 cond-mat.soft
Jamming of frictional spheres and random loose packing
利用计算机模拟研究了摩擦系数$μ$对无序颗粒填料堵塞性能的影响。压缩，软球填料被带到堵塞过渡-填料失去机械稳定性的点-通过减少包装分数。堵塞过渡处的堆积分数的值$ϕ^μ_{c}$从零摩擦的随机紧密堆积点逐渐减小到与随机松散堆积一致的值，因为摩擦系数增加了几个数量级。这伴随着在阻塞转变处的配位数$z^μ_{c}$的减少，其随着摩擦的增加从大约6变化到4。普遍的幂律缩放观察到的压力和协调数作为距离的函数，从广义的，摩擦相关的干扰点。还报告了$ϕ^μ_{\rm c}$、$z^μ_{\rm c}$和$μ$之间的各种幂律。还研究了填料制备历史的依赖性。
2011-07-29 cond-mat.soft
Random Close Packing of Disks and Spheres in Confined Geometries
对球的随机紧密堆积的研究提高了我们对诸如液体、玻璃、乳状液、粒状介质和非晶态固体等体系的结构的认识。当这些系统受到限制时，它们的结构特性会发生变化。为了理解这些变化，我们研究随机紧密堆积在有限大小的封闭系统，在二维和三维。每个填料由50-50的二元混合物组成，粒度比为1.4。限制壁的存在显著降低了总体最大面积分数（或三维体积分数）。一个简单的模型，提出了量化的减少，由于壁诱导结构的包装。这种壁诱导结构远离壁迅速衰减，其特征长度尺度与小颗粒直径相当。
2009-03-05 cond-mat.soft
Looking for a compact semi empirical equation of state for hard spheres: possibility of a glassy transition and random loose packing
高密度硬球流体的状态方程在无规密堆积极限下应呈现一个简单极点。在这里，我们表明，试图获得一个紧凑的半经验的状态方程，同时兼容的渐近行为，并与已知的维里系数提出了一个分析的困难，可以解决，如果发生在无序的亚稳相的密度介于凝固点和随机密堆积限制，数值接近的熔点之间的玻璃化转变。过渡点的估计值，这是确定与随机松散包装，是在较好的协议与早期的估计。
2019-08-13 cond-mat.soft
Topological and Geometrical Random Walks on Bidisperse Random Sphere Packings
由一个制药科学问题引起的动机[B]。Baeumer等人，Discr.康丁Dyn. Sys. B12]中，研究了双分散随机球填充的接触图上的随机游动.对于在指定目标集终止的未加权图上的随机游动，我们比较了步数和游动的总欧氏长度。我们发现这两个度量之间的线性关系，可以从接触图的边长概率计算出的比例常数。
2011-03-04 cond-mat.soft
Transparent Experiments: Releasing Data from Mechanical Tests on Three Dimensional Hydrogel Sphere Packings
我们在这里描述了Behringer实验室在2012年至2015年期间进行的水凝胶颗粒填充力学实验。这些实验量化了暴露于压缩、剪切和大入侵者入侵的软颗粒填料内的所有接触力的演变。介绍了实验装置和过程，并同时在一个储存库中公布了数据。
2019-12-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Deriving Finite Sphere Packings
球体填充问题在数学和物理学中都有着丰富的历史;然而，对球体填充的分析相对较少，而且看似简单的问题的答案也是未知的。在这里，我们给出了一个解析方法，用于导出R^3中满足最小刚性约束（每个球>= 3个接触，总接触>= 3 n-6）的n个球的所有填充。我们导出了n <= 10时的这种填充，并给出了10 < n <= 20时的一组初步的极大接触填充。所得到的一组填料具有一些显著的特征，其中包括：（i）n <= 9的所有最小刚性填料都有3 n-6个接触，（ii）满足最小刚性约束的非刚性填料在n >= 9时出现，（iii）基态的数目（即具有最大接触数的填料）相对于n振荡，（iv）对于10 <= n <= 20，只有少量填料具有最大接触数，并且对于10 <= n < 13，这些都与HCP晶格相当。本文提出的一般方法对其它相关的数学问题，如Erdos重复距离问题和欧氏距离矩阵完备化问题，也有一定的应用价值。
2011-11-13 cond-mat.soft math.AG
Free volume distribution of nearly jammed hard sphere packings
我们计算了单分散和双分散硬球构型的近堵塞堆积的自由体积分布。这些分布与流体的分布在性质上不同，在大的自由体积处显示幂律尾部，这构成了几乎堵塞的配置的明显特征，持续中等程度的减压。我们再现和解释所观察到的分布，考虑对关联函数内的第一协调壳层堵塞硬球配置。分析了阻塞附近状态方程的特征，讨论了观测到的自由体积非球面性对状态方程的意义。
2014-07-25 cond-mat.soft
Helical Packings and Phase Transformations of Soft Spheres in Cylinders
研究了玻璃毛细管中温敏微球螺旋填料的相行为与体积分数的关系。稳定的包装与长程取向秩序似乎突然演变为无序状态的颗粒体积分数减少，与最近的硬球模拟。我们量化这种转变使用的相关性和取向的序参量psi_6的兼容性。共存的亚稳堆积，以及共存的有序和无序状态的出现，也被观察到。这些发现支持了准一维系统中类似相变行为的概念。
2010-04-02 cond-mat.soft
Optimizing Packing Fraction in Granular Media Composed of Overlapping Spheres
当随机倒入容器中时，什么形状的颗粒会产生最高的填充分数？为了有效地探索和导航巨大的搜索空间，我们将分子动力学模拟与人工进化相结合。任意颗粒形状由一组不同直径的重叠球体表示，使我们能够近似光滑表面，分辨率与包含的球体数量成比例。我们发现了一个平面三角形颗粒的家庭，其包装分数$ϕ\sim$ 0.73超过几乎所有的无摩擦颗粒的随机包装的实验结果。我们调查如何$ϕ$取决于包括一个单独的颗粒和表面的光滑度的球体的安排。我们使用该家族最简单成员的3D打印副本进行实验验证了模拟，该成员是由三个半径相同的重叠球体组成的平面粒子。与3D打印的非球面椭球体的直接实验比较表明，三角形颗粒不仅在大系统尺寸的限制下而且在限制于小容器时包装得非常好。
2015-10-19 cond-mat.soft
Finding bridges in packings of colloidal spheres
我们确定假定的承重结构（桥梁）在实验胶体系统共聚焦显微镜研究。桥是合作的结构，已被用来解释稳定性和不均匀的力传递模拟颗粒填料的密度范围。我们发现，类似于那些在颗粒模拟中发现的桥梁存在于真正的实验胶体包装。我们严格描述的桥发现程序的真实实验数据，并提出了一个新的标准-最低均方分离（LSQS）-选择最佳的稳定。
2010-06-17 cond-mat.soft
Dionysian Hard Sphere Packings are Mechanically Stable at Vanishingly Low Densities
高强度重量比材料可以通过最大化强度或最小化重量来构造。张拉整体结构和气凝胶采用非常不同的途径来实现高强度重量比，但两者都依赖于内部张力。在没有张力的情况下，去除材料最终会使结构不稳定。试图最大化的强度与重量比与纯粹排斥球进行了删除球已经稳定的晶体结构。这导致适度低的密度和比拉伸材料更差的强度重量比。在这里，我们证明了存在一个包装的硬球，具有渐近零密度，但仍保持有限的强度，从而实现一个无界的强度重量比。这种结构，我们称之为狄俄尼索斯的，是完全和稳定地填充空间的阿波罗球体填充的直径相反。我们创建工具来评估压缩球填料的稳定性和强度。使用这些，我们发现，我们的结构具有渐近有限的体积和剪切模量，并线性抵抗每一个施加的变形，内部和外部。通过证明稳定结构的密度没有下限，这项工作允许任意轻质高强度材料的建造。
2021-09-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A colloidal viewpoint on the finite sphere packing problem: the sausage catastrophe
该研究通过实验与模拟，在脂质囊泡中研究胶体非密堆积，发现某些截断多面体簇（N=56-70，除57和63）比线性排列更密，挑战了传统认知。
2023-06-23 cond-mat.soft
Fluctuations, structure factor and polytetrahedra in random packings of sticky hard spheres
在填充分数区间$0.329 < γ< 0.586$内对有序随机球填充进行了数值研究。为此，设计了快速运行的几何算法，以构建约300个聚集体，每个聚集体包含$10^6$球，这允许仔细研究局部波动并提高聚集体的对分布$P(r)$和结构因子$S(Q)$的计算精度。在各种参数（Voronoi曲面细分、接触协调数分布等）中，通过直接评估局部球数密度的波动来定量评估波动，其似乎遵循幂律。Voronoi盒体积的半高宽在整个填充率范围内呈现出规律性的变化。狄拉克峰出现在对关联函数的聚集体的包装分数的减少，表明越来越大的多面体的增长，这体现在两种方式上的结构因子，在低和大$Q$值。这些低PF聚集体具有由嵌入更无序基质中的规则多面体制成的复合结构。顺便说一句，建筑四面体的不规则性指数似乎是一个更好的参数比包装分数来描述骨料结构的各种功能。
2014-09-08 cond-mat.soft
Hard sphere packings within cylinders
直径为$σ$的硬球（HS）在圆柱体中的堆积已被用于模拟实验系统，如纳米管中的富勒烯和胶体线组装。然而，在这种约束下，发现HS的密排填料随着圆柱体直径$D$而变得越来越复杂。因此，对$D>2.873σ$的可实现密度填料知之甚少。在这项工作中，我们扩展到$D=4.00σ$的包装识别通过调整Torquato-Jiao的自适应收缩细胞配方和序列线性规划（SLP）技术。我们确定了17个新的结构，几乎所有的手性。除了$D\approx2.85σ$之外，大多数结构由外壳和内核组成，它们竞争紧密堆积。在某些情况下，壳层采用自己的最大密度结构，并且其中核心球体的堆叠是准周期性的。在其他情况下，观察到两个组件之间的相互作用，这可能会导致简单的周期性结构。在另一些情况下，核和壳之间的区别消失了，导致更奇特的包装几何形状，包括一些是将硬盘包装在一个圆圈中获得的结构的三维扩展。
2015-11-26 cond-mat.soft
Temperature dependence of the transition packing fraction of thermal jamming in a harmonic soft sphere system
通过考虑软颗粒的有效直径和有效填充分数，软谐波球的玻璃态动力学常常被映射到硬球的动力学上。虽然在这种方法中，能量景观的山谷内的热波动被覆盖，但从一个山谷到另一个山谷的能量障碍的交叉通常被忽略。在这里，我们认为-基于对能量景观的探索的玻璃化转变的研究的动机-能量势垒的跨越可以归因于根据T^{0.2}随着温度T的增加玻璃化转变填充分数的有效降低。此外，我们重新分析软球模拟的数据。由于拟合标度律的模拟数据总是允许一些任意性，我们不能证明的基础上的模拟数据，我们的想法的玻璃化转变包装分数由于障碍交叉是唯一可能的方式来解释以前已经观察到的差异。然而，我们表明，一个可能的解释的模拟数据是由我们的方法来表征软球的动力学，以前考虑的温度依赖性的有效包装分数由于相邻粒子之间的平均重叠的增加，具有较强的热波动和新引入的增加的玻璃化转变包装的势垒交叉的概率增加。
2019-02-22 cond-mat.soft
Pore-scale Modeling of Viscous Flow and Induced Forces in Dense Sphere Packings
我们提出了一种方法，有效地放大不可压缩粘性流在大型随机多分散球填料：这种方法的重点是对固体颗粒上的流体施加的力的测定。孔隙体和它们的连接被定义为本地通过一个定期Delaunay三角的包装。粘性流方程在孔隙水平上放大，并近似与有限体积的数值方案。我们比较所提出的方法的数值模拟详细的有限元（FEM）模拟的斯托克斯方程的组件的8至200球。一个很好的协议被发现在固体颗粒上施加的力和有效的渗透系数。
2013-05-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The hierarchical properties of contact networks in granular packings
研究了密度为0.58 - 0.64的无序堆积单尺寸球体的大样品的颗粒间接触网络（接触网络）的拓扑结构。这种结构的层次组织研究的拓扑地图，从一个给定的球开始，并通过接触网络在同心壳向外移动。我们发现，无序球堆积的拓扑密度大于等价的格点球堆积的拓扑密度。
2005-04-14 cond-mat.soft
