Continuum modelling and simulation of granular flows through their many phases
我们提出并数值实现了一个本构框架的颗粒介质，允许材料在流动过程中穿越其许多共同的阶段。当致密时，材料被视为压敏弹-粘塑性固体，服从屈服准则和由颗粒材料的$μ(I)$惯性流变学给出的塑性流动规则。当自由体积超过临界水平时，材料被认为是分离的，并被视为断开的无应力介质。一个物质点法（MPM）的程序编写的模拟这个模型和许多演示提供了不同的几何形状。通过使用MPM框架，极大的应变和非线性变形，这是常见的颗粒流，是可表示的。该方法进行了数值验证，其物理预测验证对已知的结果。
2015-12-08 cond-mat.soft
Continuum simulation of the discharge of the granular silo: a validation test for the mu(I)-visco-plastic flow law
使用连续Navier-Stokes方程求解器，采用mu（I）流动定律模拟粘性行为，以及离散接触动力学算法，从排放的早期阶段直到材料完全释放，在二维上模拟颗粒筒仓的排放。在这两种情况下，Beverloo缩放恢复。首先，我们不试图定量比较，但专注于定性行为的速度和压力在不同位置的流动。一个很好的协议是在快速流动的地区，而缓慢蠕变的地区没有完全捕获的连续模型。压力场显示出一般良好的协议。自由表面的演变意味着差异，然而，在这两种方法中，体变形基本上是相同的。系统地研究了μ（I）-流动定律的参数的影响，显示了依赖于惯性数I的重要性，以实现连续和离散放电之间的定量协议。连续模型的一般能力，以再现定性的颗粒行为被发现是非常令人鼓舞的。
2013-06-26 cond-mat.soft
MD simulations and continuum theory of partially fluidized shear granular flows
我们进行了详细的比较软颗粒分子动力学模拟与部分流化剪切颗粒流的理论。我们通过直接模拟验证的剪切应力张量成比例的应变率张量的流体部分，和剩余的固体部分的分离的基础上的本构关系。这两个分量的比率由序参量决定。根据模拟结果，我们构造了序参量的"自由能"函数。我们还提出了一个上壁驱动的二维稳态颗粒流的模拟，并与连续介质理论进行了比较。
2002-12-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Continuum approach to wide shear zones in quasi-static granular matter
缓慢和密集的颗粒流往往表现出狭窄的剪切带，使他们不适合连续描述。然而，光滑的颗粒流已被证明发生在特定的几何形状，如线性剪切在重力的情况下，缓慢的斜面流，最近，在分裂底部库埃特几何形状的流动。在这些系统中的宽剪切区域应该服从连续描述，理论上的挑战在于找到内部应力和流场之间的本构关系。我们提出了一套可测试的本构假设，包括率独立性，并调查的流动几何形状所施加的本构关系的额外限制。在高度对称的线性剪切流和斜面流中的宽剪切层与简单的本构假设是一致的，即与固体摩擦类似，有效摩擦系数（剪切应力与正应力之比）是常数。然而，这一标准的颗粒流的图片被证明是不一致的流动在不太对称的分裂底部的几何形状-这里的有效摩擦系数必须在整个剪切带变化，否则剪切带局部化。我们建议，一个微妙的依赖关系的有效摩擦系数的滑动层的取向相对于体积力是至关重要的理解缓慢的颗粒流。
2005-10-19 cond-mat.soft
Continuum modeling of mechanically-induced creep in dense granular materials
最近，一种新的非局部颗粒流变学被成功地用于预测稳定的颗粒流，包括粒度依赖的剪切功能，在各种各样的流动配置，包括所有的变化的分裂底细胞。颗粒流中的一个相关问题是机械诱导蠕变，其中颗粒介质的一个区域中的剪切变形使其整体流化，包括远离剪切区的区域，有效地消除了各处的屈服条件。这使得当通过诸如圆柱形或球形探针的侵入物在名义上静止的区域中施加力时能够蠕变变形。我们表明，非局部流动性模型是能够捕捉这种现象。具体而言，我们探讨蠕变的一个圆形入侵者在一个二维的环形Couette细胞，并表明该模型捕捉到实验中观察到的所有显着特征，包括速率独立的性质蠕变足够慢的驱动速率和快于线性增加的蠕变速度与施加到入侵者的力。
2014-08-18 cond-mat.soft
Partially fluidized shear granular flows: Continuum theory and MD simulations
用二维软粒子分子动力学模拟对部分流化剪切颗粒流的连续介质理论进行了检验和标定。该理论是基于描述颗粒材料静态和流动状态之间的过渡的序参量的弛豫动力学。我们将序参量定义为粒子间所有接触中静态接触的分数。我们还提出并验证了直接模拟的剪切应力张量分裂成一个“流体部分”成比例的应变率张量的基础上的本构关系，和剩余的“固体部分”。这两部分的比率是序参量的函数。流体组分的流变学与颗粒流体的动力学理论相一致，即使在稠密区也是如此。基于模拟得到的薄剪切颗粒层的滞回分岔图，我们构造了序参量的“自由能”。将薄颗粒层数值实验标定的理论应用于重力作用下厚颗粒层中表面驱动的二维定常颗粒流。
2003-02-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A multiphase meshfree method for continuum-based modeling of dry and submerged granular flows
我们开发和充分表征无网格拉格朗日（颗粒）模型的连续的数值模拟干燥和淹没颗粒流。颗粒材料和周围流体的多相系统被视为一个多密度多粘度系统，其中颗粒相的粘性行为预测使用正则化粘塑性流变模型与压力相关的屈服准则。数值方法是基于弱可压缩移动粒子半隐式（WC-MPS）方法。所需的算法近似的有效粘度，有效压力，和剪应力发散的介绍。通过对平行板间粘塑性Poiffille流动的分析，验证了该模型处理粘塑性流动的能力。然后，该模型的应用和充分的特点（相对于各种流变学和数值参数）干和淹没颗粒塌陷不同的纵横比。数值计算结果进行了评估，在与文献中的实验测量以及一些互补的实验测量，在这项研究中进行比较。结果表明，所提出的模型的能力和它的潜力，以处理广泛的干和淹没颗粒流。同时也揭示了正则化、有效压力和剪应力散度计算方法对计算结果精度的重要作用。
2017-11-01 cond-mat.soft
Connecting discrete particle mechanics to continuum granular micromechanics: Anisotropic continuum properties under compaction
本文针对单分散球形弹性颗粒在模压成型条件下的宏观行为和颗粒水平行为建立了系统的力学联系。采用细观颗粒力学方法（GMA），在静态假设下，从细观尺度下颗粒间相互作用在不同方向上的平均行为出发，推导出横观各向同性材料的刚度张量。两个粒子尺度的方向密度分布函数，即方向分布的组合力学几何属性和方向分布的纯几何属性，提出和参数化的五个独立的参数。对称化切线刚度张量的五个独立分量也是通过离散粒子力学（PMA）计算加载路径点周围的九个扰动来确定的。最后，通过最小化PMA计算与GMA之间的误差来获得这五个GMA参数的最佳值。压实过程中刚度张量的封闭形式预测。结果表明，GMA与静态假设是有效的捕获加载过程中的各向异性演变的微观结构，即使没有描述接触独立，而是占他们在平均意义上。
2018-02-14 cond-mat.soft physics.comp-ph
Continuum simulations of shocks and patterns in vertically oscillated granular layers
我们研究冲击和驻波图案之间的相互作用，在垂直振荡层的颗粒介质使用三维，时间依赖的数值解的连续方程的Navier-Stokes顺序。我们模拟了在重力方向上正弦振荡的板上的一层颗粒。当板块振动的加速度幅值超过某一临界值时，驻波形成条纹图案。冲击也形成与层和板之间的每个碰撞，我们表明，这些冲击形成的压力梯度导致流动层内的反向。这种反转导致了图案的振荡状态，该图案相对于板的振荡是次谐波的。最后，我们研究了在不同频率下振荡的层中的冲击和图案之间的关系，并表明图案波长随着冲击强度的增加而单调增加。
2010-09-14 cond-mat.soft
Continuum modeling of size-segregation and flow in dense, bidisperse granular media: Accounting for segregation driven by both pressure gradients and shear-strain-rate gradients
本文针对稠密双分散颗粒介质中的粒度偏析问题，建立了同时考虑压力梯度与剪切应变率梯度两种驱动力的耦合连续介质模型，并通过DEM模拟验证了该模型在不同流动几何构型下的预测能力。
2023-07-18 cond-mat.soft
Nonlinear elasto-plastic model for dense granular flow
本文提出了一个颗粒变形模型，该模型预测了在发育良好的致密颗粒流中的应力和速度分布。最近的颗粒弹性模型（Jiang和Liu 2003）和速率敏感塑性流动模型（Jop等人2006）被重新表述并组合成一个通用的颗粒连续定律，能够同时预测任意三维流动几何形状中的流动区域和停滞区。统一是通过证明和实施Kroner-Lee弹塑性分解来实现的，并注意确保某些连续介质物理原理得到必要的支持。然后，该模型在多个几何形状的数值实现和结果进行比较，实验和离散模拟。
2009-05-07 cond-mat.soft
Surface Granular flows: Two Related Examples
颗粒表面流动在工业实践和自然系统中是常见的，然而，目前对这种流动的理论描述是不完整的。两个原型系统涉及表面流进行了比较：堆形成倾倒在一个点和旋转圆筒。连续模型分析这些流动的评论，准二维系统的实验结果。在这两个系统中的实验结果很好地描述了连续模型。
2004-06-24 cond-mat.soft
Brittle and Non-Brittle Events in a Continuum-Granular Earthquake Experiment
我们报告的力矩分布结果，从实验室地震断层实验剪切弹性板由一个狭窄的间隙充满了二维颗粒介质。局部测量的应变位移的板在超过800个空间点位于相邻的间隙允许直接确定的时刻和它们的空间和时间分布。我们发现，事件包括本地化，较大的脆性运动和空间扩展，较小的非脆性事件。非脆性事件具有与$M^{-3/2}$幂律标度一致的事件矩的概率分布。脆性事件有一个广泛的，高峰时刻分布和平均重复时间。随着所施加的法向力的增加，有更多的脆性事件，并且脆性力矩分布变宽。我们的结果是一致的平均场描述的统计模型的地震和雪崩。
2014-10-21 cond-mat.soft
Onset of Patterns in an Ocillated Granular Layer: Continuum and Molecular Dynamics Simulations
我们研究了无摩擦耗散粒子的垂直振荡层中的图案的发生。利用Navier-Stokes方程的数值解和分子动力学（MD）模拟，我们发现在细胞的临界加速度以上，驻波形成条纹图案。改变细胞的振荡频率会改变产生的图案的波长; MD和连续模拟都产生与先前实验结果一致的波长。有序驻波的临界加速度值在分子动力学模拟中比在连续模拟中高约10%，并且波的振幅在模型之间显著不同。在分子动力学模拟中的顺序开始的延迟和低于此开始的噪声幅度与连续理论中不存在的波动的存在是一致的。通过拟合Swift-Hohenberg理论获得的噪声强度比流体对流实验中的热噪声大几个数量级，并且与振荡颗粒层实验中发现的噪声和最近在临界点附近的流体实验中发现的噪声相当。从Swift-Hohenberg拟合和连续模拟中的发病平均场值之间发现了良好的一致性。在MD中以两种不同频率振荡的细胞中比较图案;具有较大波长图案的层具有比具有较小波长图案的层更少的噪声。
2009-09-15 cond-mat.soft
Spreading of a 2D granular analogue of a liquid puddle: predicting the structure and dynamics through a continuum model
当沙子从漏斗流到表面上时，通过摩擦稳定的三维桩随着它的扩散而变高。在这里，我们研究了一个理想化的二维模拟：一堆单分散油滴在边界处的传播。在我们的系统中，液滴是浮力的，粘性的，与沙子相反，这里的摩擦可以忽略不计。漂浮的液滴一次一个地被添加到堆中。随着骨料的增长，它达到一个临界高度，2D桩在屏障上展开。我们发现，虽然粒度是重要的，生长过程是一个连续的液体。我们定义了“颗粒毛细长度”，类似于液体中的毛细长度，它通过浮力和粘附力的平衡来设定聚集体的临界高度。在粗粒度水平上，颗粒毛细管长度能够描述系统的稳态特性和动态特性，而在颗粒水平上，重复的坍塌事件在桩的形成中起着关键作用。
2022-12-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Modeling of the interaction of rigid wheels with dry granular media
我们分析的能力，最近开发的各种技术，即阻力理论（RFT）和连续塑性实现的材料点法（MPM），在捕捉动态车轮-干颗粒介质相互作用。我们比较结果更传统的接受方法建模车轮运动。RFT是一种用于任意形状物体在颗粒介质中运动的经验力模型，而基于MPM的连续介质模型可以模拟完整的颗粒流和应力场。RFT允许快速评估的相互作用力的基础上任意形状的入侵者的局部表面应力配方取决于深度，方向和表面元素的运动。我们进行了三种不同的车轮类型和三种不同的颗粒材料的强迫滑动实验，并与RFT，连续建模，和传统的地面力学半经验方法的结果进行了比较。结果表明，在所考虑的输入范围内，RFT可以可靠地用于预测刚性轮颗粒介质相互作用，在某些情况下其准确度超过传统地球力学方法。研究结果还表明，基于塑性的连续介质模型提供了一个准确的工具，车轮-土壤相互作用，同时提供更多的信息来研究的物理过程中引起的电阻应力在粒状介质。
2019-01-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Inertial Force Transmission in Dense Granular Flows
稠密颗粒流被几种连续介质模型很好地描述，然而，它们的内部动力学仍然难以捉摸。本研究探讨在模拟稳态和均匀剪切流的接触力分布。结果表明，存在高幅度的接触力，在更快的流动与刚性颗粒。一个拟议的物理机制解释了这种速率依赖的力传输。这种分析建立了接触力和颗粒速度之间的关系，提供了一个切入点，统一的范围内的连续模型来自接触力或颗粒速度。
2022-11-17 cond-mat.soft
Continuum granular flow model with restitution-derived viscoelastic damping
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本文提出了一种统一的粘弹性-粘塑性连续框架，用于建模速率依赖的颗粒流。通过将微惯性和粘弹性耗散纳入单一连续描述，建立了恢复系数与连续粘度的直接联系，展示了粘性耗散对波传播和碰撞过程的影响。
2026-07-16 cond-mat.soft cs.NA math.NA
Well-posed continuum equations for granular flow with compressibility and $μ(I)$-rheology
长期以来，颗粒流的连续介质模型一直受到方程不适定问题的困扰。基于库仑摩擦定律的不可压缩二维流动方程无论变形如何都是不适定的，而当无量纲应变率$I$过高或过低时，速率相关的$μ(I)$流变学是不适定的。在这里，结合从临界状态土力学的想法，我们推导出的PDE，结合压缩性与$I$依赖的流变适定性的条件。当$I$ -依赖来自一个特定的摩擦系数$μ(I)$，我们的研究结果表明，与压缩性，方程是适定的所有变形率提供$μ(I)$满足一定的最小，物理上自然，不等式。
2016-10-14 cond-mat.soft math-ph math.MP
From DEM simulations towards a continuum theory of granular matter
材料科学中的一个基本问题是如何弥合微观图像和宏观描述之间的差距。前者涉及接触力和变形，而后者涉及张量，如应力或速度梯度。用“微观”离散元法（DEM）研究了一个装有不同尺寸圆盘的二维剪切单元。应用一致的平均形式主义，可以获得标量场和矢量场以及经典的张量宏观量，如织物，应力或速度梯度，此外，微极量，如曲率或偶应力。
2001-03-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A frictional Cosserat model for the slow shearing of granular materials
本文用刚塑性Cosserat模型分析了平面和圆柱形的Couette流动。在该模型中，一个经典的连续介质的水动力场补充的力偶应力和本征角速度场。角动量的平衡，这是满足隐含在一个经典的连续，必须加强在一个Cosserat连续。结果，应力张量可能是不对称的，并且物质点的角速度可能不同于局部涡量的一半。将颗粒介质作为Cosserat连续体处理的一个重要结果是，它在模型中加入了材料长度尺度，这在基于经典连续体的摩擦模型中是不存在的。此外，Cosserat模型允许确定的速度场唯一的粘度流动，在经典的摩擦模型。对致密、缓慢变形的颗粒材料的粘滞流动的实验表明，剪切仅限于一个狭窄的区域，通常只有几个颗粒直径厚，而其余的材料基本上没有变形。本模型捕捉到了这一特征，圆柱Couette流的速度分布预测与报道的数据吻合良好。当库埃特细胞的壁比颗粒状材料更光滑时，该模型预测剪切层厚度与库埃特间隙$H$无关，当后者比颗粒直径$d_p$大时。当壁面粗糙度与颗粒材料相同时，模型预测对于重力作用下的平面剪切和圆柱形库埃特流，剪切层厚度在极限$(H/d_p) \gg 1$内按$(H/d_p)^{1/3}$变化。
2001-07-27 cond-mat.soft
Continuum mechanics of differential growth in disordered granular matter
针对无序颗粒物质力学响应缺乏完整连续介质描述的问题，提出将生长场纳入平衡方程的奇偶极屏蔽几何理论，预测并模拟验证了非均匀生长场引发的异常位移场，揭示了奇参数与泊松比的关系。
2024-08-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Surface Granular flows: Two Related Examples
Indian Institute of Technology - Bombay（印度理工学院孟买分校）；Northwestern University（西北大学）
本文针对理论描述尚不完整的表面颗粒流，对比了定点倾倒堆积体与旋转圆柱两类原型系统，综述相关连续介质模型并给出准二维系统实验结果，发现两类系统实验结果均能被该模型较好描述。
2026-10-14 cond-mat.soft
The granular silo as a continuum plastic flow: the hour-glass vs the clepsydra
颗粒筒仓是颗粒物质触变特性的众多有趣例证之一：出口处形成快速流动，通过密集剪切流向上传播，而容器底部角落处的材料保持静止。对于足够大的出口，排放流是连续的;然而，与漏杯相比，漏杯的流速取决于容器中剩余流体的高度，颗粒筒仓的排放速率是恒定的。在2D Navier-Stokes求解器中实现塑性流变学（遵循mu（I）流变学或恒定摩擦），我们模拟了颗粒筒仓的连续对应物。这样做，我们在排放过程中获得恒定的流速，并恢复Beverloo结垢，与筒仓的初始填充高度无关。我们表明，降低摩擦系数的值导致过渡到一个不同的行为，类似于一个粘性流体，和填充高度成为活跃在放电过程中。压力场表明，足够大的摩擦系数值（$\simeq$ 0.3）允许在出口上方形成低压空腔，因此可以解释Beverloo缩放。总而言之，沙漏和漏壶泄流的区别似乎在于塑性屈服应力的存在与否。
2012-11-26 cond-mat.soft physics.flu-dyn
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
Microscopic dissipation in a cohesionless granular jet impact
足够细的颗粒系统似乎表现出连续性，虽然精确的连续极限可以得到很大的不同，这取决于特定的系统。本文研究了无约束稠密颗粒流的连续极限。为了做到这一点，我们使用作为一个测试系统的二维致密无凝聚力的颗粒射流撞击在一个目标。我们模拟这通过一个时间步长驱动的硬球方法，并应用平均场理论的方法来连接宏观流动与微观材料参数的晶粒。我们观察到，流分离成一个圆锥的内部锥角由动量守恒和能量耗散。我们从锥角中提取表征流动的无量纲量$A-B$。我们发现，这个数量取决于是否有一个死区-一个固定的区域附近的目标-存在，并对动态摩擦系数的值。我们提出了一个理论的缩放$A-B$的摩擦系数，这表明耗散主要是一个扰动效应，在这个流，而不是源的定性不同的行为。
2012-03-29 cond-mat.soft
Phase Separation and Coarsening in Electrostatically Driven Granular Media
连续模型的相分离和粗化，在静电驱动的颗粒介质中观察到的，制定在金斯堡-朗道方程的总数量的晶粒守恒。在制度发达的集群，连续介质模型是用来推导出“尖锐的界面”方程，管理的动态相间边界。该模型捕捉了这个系统的基本物理。
2001-07-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Measuring segregation characteristics of industrially relevant granular mixtures: Part I -- A continuum model approach
我们提出了一种方法来估计的偏析参数，$S,$的颗粒流的连续输运模型中的一个关键输入。通过最小化测量浓度曲线和模型预测浓度曲线之间的差异来确定$S$。为了验证该方法的有效性，我们采用离散元方法模拟了准二维有界堆流中的尺寸双分散混合物，结果表明，由浓度分布计算的$S$与直接测量值一致.该方法的精度主要取决于在填充过程中的速度分布，但只有微弱的扩散系数。当速度剖面名义上是展向不变的时，估计的和测量的$S$之间的误差为$10\%$。这种方法的目的是为实际应用（第二部分中所述），所以我们限制表征的速度分布，这可以很容易地通过实验确定，并探讨浓度分布的灵敏度变化的堆的侧壁之间的间隙。
2020-07-10 cond-mat.soft
Transient segregation of different density granular mixtures
该研究针对倾斜平面上流动的不同密度颗粒混合物的瞬态密度分离，结合离散元方法（DEM）模拟与连续介质模型，探究初始构型对流动特性的影响，发现连续介质模型对轻颗粒近基底构型预测不足，需推广至三维。
2024-07-18 cond-mat.soft
Propagation of interacting force chains in the continuum limit
本文研究了在描述静态颗粒材料应力分布的力链模型中合并效应的影响。结合数值计算和分析计算，我们表明，粒状材料一般不表现在一个类似弹性的方式，但他们可能在特定的条件下，这是阐述。讨论了由于全力链模型的非线性而引起的非弹性行为。
2004-08-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Granular Solid Hydrodynamics (GSH): a broad-ranged macroscopic theory of granular media
迄今为止，对于颗粒介质一直缺乏统一的连续介质力学理论，有些人认为它不可能存在。使用流体动力学方法推导出的GSH就是这样一种理论，尽管它还只是一种定性理论。所考虑的行为包括静态应力分布、弹性波、弹塑性运动、临界状态和快速密流。文中给出了方程及其在几个典型实验中的应用。
2014-07-27 cond-mat.soft
Time Dependence and Density Inversion in Simulations of Vertically Oscillated Granular Layers
我们研究了在重力方向上正弦振动的板上的一层颗粒，使用三维的，与时间相关的数值解的连续方程的Navier-Stokes顺序以及硬球分子动力学模拟。对于板的高加速度振幅，该层表现出稳态“密度反转”，其中该层的高密度部分由低密度部分支撑。在低的加速度振幅，该层表现出强烈相关的板块运动的振荡时间依赖性。我们表明，连续模拟产生的结果一致的分子动力学结果在这两个制度。
2012-07-16 cond-mat.soft
Surprising simplicity in the modeling of dynamic granular intrusion
颗粒侵入，如动态冲击或车轮运动，是复杂的多相现象，其中颗粒表现出固体状和流体状的特性以及喷射的气体状相。尽管几十年的建模工作，在这种入侵的物理统一的描述是未知的。在这里，我们表明，一个连续模型的基础上简单的概念，摩擦流和张力的自由分离描述复杂的颗粒状侵入体附近的自由表面。这个模型捕捉动态的各种实验，包括车轮运动，板入侵，并运行腿式机器人。该模型表明，三种影响（静态贡献和两个动态的）主要引起入侵部队在这种情况下。这些影响的识别，使进一步降阶技术（动态阻力理论）的快速建模颗粒运动的任意形状的入侵者的发展。我们提出的连续激励的策略，用于识别物理机制和相应的降阶关系，具有潜在的用途，为各种其他材料。
2021-01-22 cond-mat.soft
Implementation note on a minimal hybrid lubrication/granular dynamics model for dense suspensions
描述和总结了近年来发展起来的过阻尼线性流中稠密颗粒悬浮模拟方法中出现的一类极小数值模型。主要成分包括（i）框架不变，短程润滑模型的球形颗粒，和（ii）软核，粘/滑摩擦接触模型时，颗粒重叠激活。我们实现了一个版本的模型，使用修改后的速度Verlet算法，明确解决了$N$体动力系统中的$\mathcal{O}(cN)$操作，其中$c$是一个内核常数取决于粒子相互作用的截止。实施验证对文献结果的干扰过渡和剪切增稠悬浮液从40%到64%的体积分数。潜在的战略，以扩大目前的方法，非球形颗粒也建议非常集中的悬浮液。
2020-05-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A stochastic flow rule for granular materials
人们曾多次尝试推导稠密颗粒流的连续介质模型，但仍缺乏一个通用的理论。在这里，我们从准二维颗粒材料的Mohr-Coulomb塑性开始计算（平均）应力和滑移面，但我们提出了一个“随机流动规则”（SFR）来取代经典塑性理论中的同轴性原则。SFR考虑到颗粒材料的两个关键特征-离散性和随机性-通过扩散局部流化的“点”，其充当塑性载体。我们假设，点执行随机游走偏置沿滑移线与漂移方向确定的应力不平衡后，从静态到动态摩擦的局部开关。在连续极限（基于现场浓度的福克-普朗克方程），这个简单的模型是能够预测各种颗粒的流动曲线在平底筒仓，环形库埃特细胞，流动堆，和板拖动实验-基本上没有拟合参数-虽然它只预计在材料的功能是在初期故障和滑移线是不允许的。对于允许的滑移线的特殊情况下，如板拖动下一个沉重的负载或流下的斜面，我们假设一个过渡到率依赖的Bagnold流变学，其中流动发生滑动剪切面。与不同的屈服准则，SFR提供了一个通用的框架，多尺度建模的非晶材料的塑性，循环之间的连续极限状态应力计算，细观尺度点随机游走，和微观粒子松弛。
2006-09-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A frictional Cosserat model for the flow of granular materials through a vertical channel
刚塑性Cosserat模型已被用来研究密集，充分发展的颗粒材料通过垂直通道的流动。基于经典连续介质的摩擦学模型不能预测剪切层的发生，与实验观察结果不一致。这一特点已被归因于在其本构方程中没有材料长度尺度。本模型采用了这样的材料长度尺度作为一个Cosserat连续处理的粒状材料。因此，局部力偶应力的存在和应力张量是不对称的。该模型预测的速度分布与现有的实验数据非常吻合。预测的剪切层厚度对通道宽度的依赖性与数据是合理的。在颗粒直径与通道半宽之比较小的极限下，该模型预测由颗粒直径缩放的剪切层厚度会增加。
1999-04-13 cond-mat.soft
Granular Solid Hydrodynamics (GSH): from Quasi-Static Motion to Rapid Dense Flow
{ \sc gsh}是一种连续介质力学理论，用于定性解释各种颗粒现象。为了探索和证明它的宽度，简单的解决方案{ \sc gsh}相关的颗粒现象和本构模型，包括（i）为零的剪切速率：静态应力分布和弹性波的传播;（ii）在缓慢的速度：临界状态，剪切带，亚塑性和测压模型;（iii）在较高的速度：MIDI模型，在Bagnold制度的快速密集流。一个统一的，紧密相关的颗粒物理学的理解出现作为这些现象的结果，采用一个单一的框架进行排序和解释。
2012-07-05 cond-mat.soft
Transient segregation of bi-disperse granular mixtures in a periodic chute flow
本文结合离散元与连续介质模拟，采用基于颗粒力的偏析模型和双向耦合流变模型，研究了双分散颗粒混合物在周期性斜槽流中的瞬态尺寸偏析，预测结果与DEM数据吻合良好。
2025-07-05 cond-mat.soft
Comparing non-local granular fluid continuum models for silo discharge: Toward clogging prediction
North China Electric Power University（华北电力大学）
该研究在Basilisk平台上通过二维有限体积法模拟筒仓卸料，系统比较非局部颗粒流体连续介质模型，评估堵塞概率，发现模型间卸料率预测存在定量差异，开源实现计算高效。
2026-08-28 cond-mat.soft
Enhanced micropolar model for wave propagation in ordered granular materials
单分散颗粒的面心立方粒状晶体的振动特性预测使用离散模型以及两个微极模型，第一个经典的Cosserat和第二个增强的Cosserat型模型，适当地考虑到所有的自由度在颗粒之间的接触。连续体模型是从离散模型通过微观-宏观过渡的离散相对位移和粒子旋转到各自的连续体场变量。接下来，只有长波长近似的模型进行比较，并考虑离散模型作为参考，Cosserat模型显示不一致的预测体波色散关系。这可以通过Cosserat模型中粒子相互作用的滑动模式的不充分建模来解释。从更完整的二阶梯度微极理论出发，提出了一个只包含一个新弹性张量的增强微极模型。这种增强的微极模型，然后涉及的弹性常数的最小数量一致地预测在长波长限制的色散关系。
2016-04-17 cond-mat.soft
Liquid migration in sheared unsaturated granular media
我们展示了如何使用毛细桥的颗粒尺度模型在剪切不饱和颗粒介质中的液体迁移。在单个毛细管桥破裂后，液体被重新分配到相邻的触点，从而导致大规模的液体重新分配。液体剖面的演变与最近发展的剪切带中液体迁移的连续描述相吻合。研究了与液体运移有关的速度剖面以及干、湿颗粒介质的密度剖面。
2012-06-25 cond-mat.soft physics.comp-ph
Using field theory to construct hybrid particle-continuum simulation schemes with adaptive resolution for soft matter systems
我们开发了一个多尺度的混合方案的软凝聚态系统的模拟，它允许一个处理系统在粒子水平在选定的空间区域，并在连续介质水平的其他地方。它是由场论方法从一个基于粒子的基本模型中系统地推导出来的。不同表示区域中的粒子可以在运行中切换表示，由空间变化的调谐函数控制。作为一个测试案例，混合计划被施加到模拟胶体聚合物复合材料与高分辨率区域接近的胶体。混合模拟比纯粒子模型的参考模拟快得多，结果吻合良好。
2013-09-26 cond-mat.soft
Subspace Graph Physics: Real-Time Rigid Body-Driven Granular Flow Simulation
Department of Electrical；Computer Engineering, Concorida University, Canada
机器人技术的一个重要挑战是理解机器人与由颗粒材料组成的可变形地形之间的相互作用。颗粒流及其与刚体的相互作用仍然提出了几个悬而未决的问题。一个有前途的方向准确，但有效的建模是使用连续体方法。此外，实时的【形】物理建模的一个新方向是使用深度学习。本研究推进了用于建模刚体驱动颗粒流的机器学习方法，以应用于陆地工业机器以及空间机器人（其中重力的影响是一个重要因素）。特别是，本研究认为，子空间机器学习模拟方法的发展。为了生成训练数据集，我们使用我们的高保真连续方法，材料点方法（MPM）。主成分分析（PCA）用于降低数据的维数。我们发现，我们的高维数据的前几个主成分保持几乎整个数据的方差。一个图形网络模拟器（GNS）的训练，学习底层的子空间动力学。然后，学习的GNS能够以良好的精度预测粒子位置和相互作用力。更重要的是，PCA显著提高了GNS在训练和部署中的时间和内存效率。这使得GNS能够使用具有中等VRAM的单个桌面GPU进行训练。这也使得GNS在大规模3D物理配置上具有实时的【形】性（比我们的连续体方法快700倍）。
2021-11-18 cond-mat.soft cs.LG cs.RO
Granular dynamics in auger sampling
从岩土工程应用到太空探索，螺旋钻通常用作土壤样品收集，仪器安装等的标准工具。针对旋转钻进过程中的颗粒流问题，通过实验、数值模拟和理论分析，研究了螺旋钻钻进的取样效率，即在给定钻进深度下，取心管中所采集的土样质量与其总体积的质量比。旋转穿透速度的比率被发现在采样过程中起着至关重要的作用。提出了一个连续介质模型的耦合颗粒流在取芯和排放通道阐明采样过程背后的物理机制。通过与实验结果的比较，该连续介质模型为螺旋钻钻进性能的预测提供了一种实用的方法。进一步的分析表明，钻孔过程接近一个稳定的状态，在两个通道中的恒定颗粒流速。在稳态下，采样效率随转速与穿透速度比的增大而线性下降，这一点可以很好地被模型的解析解所捕捉。解析解还表明，采样效率是独立的重力在稳定状态下，这对未来的空间任务中的地外样品收集具有深远的意义。
2022-04-20 cond-mat.soft
A hybrid particle-continuum resolution method and its application to a homopolymer solution
我们详细讨论了最近提出的混合粒子连续计划的复杂流体，并评估它在一个封闭的均聚物溶液的狭缝几何形状的例子。混合方案将不可穿透壁附近的聚合物链视为保持构型细节的颗粒，而本体区域中的链视为连续密度场。聚合物可以在运行中切换分辨率，由非均匀调谐功能控制。通过适当地选择调谐函数，可以调整系统的表示，以达到物理精度和计算效率之间的最佳平衡。混合模拟再现了参考粒子模拟的结果，并且速度明显更快（在我们的应用示例中约为3.5倍）。
2016-10-27 cond-mat.soft
A hybrid particle-continuum method for hydrodynamics of complex fluids
一个先前发展的混合粒子-连续介质方法[J. B.贝尔，A.加西亚和S. A. Williams，SIAM Multiscale Modeling and Simulation，6：1256-1280，2008]被推广到稠密流体以及二维和三维流动。该格式将显式脉动可压缩Navier-Stokes解与各向同性直接模拟蒙特卡罗（DSMC）粒子方法耦合在一起[A。Donev和A. L. Garcia和B. J. Alder，ArXiv预印本0908.0510]。为了实现粒子（微观尺度）和连续体（宏观尺度）区域之间的双向动态耦合，连续体求解器为粒子子域提供基于状态的边界条件，而粒子求解器为连续体子域提供基于通量的边界条件。平衡扩散（布朗）运动的一个大的球形珠悬浮在颗粒流体中检查，表明混合方法正确地再现珠的速度自相关函数，但只有当热波动包括在连续求解器。最后，混合被施加到著名的绝热活塞问题，它被发现，混合正确地再现缓慢的非平衡松弛的活塞向热力学平衡，但再次，只有连续求解器包括随机（白噪声）通量项。这些例子清楚地表明，需要包括在混合多尺度方法中采用的连续求解器的波动。
2009-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Shocks in Vertically Oscillated Granular Layers
本文采用分子动力学模拟和Navier-Stokes方程数值解研究了垂直振荡颗粒层中激波的形成。在每个振荡周期期间，平坦的颗粒层从振荡板抛出，并在周期的稍后与板碰撞。碰撞产生层压缩附近的板和高温冲击波阵面，迅速向上传播通过层。冲击波是高度依赖于时间的，传播通过层在只有四分之一的周期。我们比较数值解的连续方程的分子动力学模拟，假设二进制，无摩擦硬球之间的瞬时碰撞。这两个模拟结果的冲击波的位置，形状和速度吻合得很好。对非弹性效应的研究表明，激波速度随非弹性的减小而连续增加，弹性限度不是奇异的。
2003-09-18 cond-mat.soft
Bridging the gap between particle-scale forces and continuum modelling of size segregation: application to bedload transport
重力驱动的粒度分离在山区河流中是很重要的，在那里，各种粒度的泥沙作为推移质输送。更具体地说，垂直尺寸偏析是一个多尺度的过程，起源于相互作用的颗粒尺度上的到达尺度上的重要形态后果。为了解决这个问题，基于颗粒间分离力（Guillard等人，2016年）和颗粒斯托克斯拖曳力（Tripathi和Khakhar，2013年），开发了浸没双分散颗粒流的体积平均多相流模型。一个对流扩散模型，来自该模型产生的对流和扩散系数的基础上粒子间的相互作用的parametrisations。这种方法使得弥合颗粒尺度物理学和连续介质模型之间的差距成为可能。这两个模型都成功地与现有的离散元模型（DEM）模拟推移质输运中的粒度分离进行了测试（Chassagne等人，2020年）。通过对颗粒力的详细研究，证明了所观察到的对流和扩散系数随惯性数的缩放可以由颗粒阻力对粘度的依赖性来解释。阻力系数与小颗粒浓度呈线性关系。分离力与摩擦系数的标度关系被确认和其他非平凡的依赖关系，包括惯性数和小颗粒浓度被确定。最后，在分离力中添加尺寸比依赖性完美地再现了大范围的小颗粒浓度和尺寸比的DEM结果。
2020-05-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Patterns and Collective Behavior in Granular Media: Theoretical Concepts
颗粒材料在我们的日常生活中无处不在。虽然几个世纪以来它们一直是密集的工程研究的主题，但在过去的十年中，颗粒物质引起了物理学家的极大关注。然而，尽管许多小组做出了重大努力，颗粒系统的理论描述仍然存在大量不同的，往往相互矛盾的概念和方法。作者给出了各种理论模型的概述出现在物理学的颗粒物质，重点对发病的集体行为和斑图形成。他们的目标是双重的：识别颗粒系统和其他复杂非平衡系统的一般原理，并阐明颗粒和连续模式形成系统中集体行为之间的重要区别。
2005-07-18 cond-mat.soft
Comparative Analysis of Granular Material Flow: Discrete Element Method and Smoothed Particle Hydrodynamics Approaches
本文比较了离散元法与光滑粒子流体动力学在颗粒材料模拟中的表现，发现SPH计算高效但难以捕捉复杂流动，而DEM更通用但需昂贵标定，为方法选择提供指导。
2025-02-28 cond-mat.soft physics.comp-ph
Particle dynamics in sheared granular matter
实验测定了库埃特几何中颗粒物质的颗粒动力学和剪切力。归一化的切向速度$V(y)$随着与移动壁的距离$y$而强烈下降，与剪切速率和剪切动力学无关。局部RMS速度波动$δV(y)$与局部速度梯度成$0.4 \pm 0.05$的幂。这些结果同意一个局部牛顿，连续介质模型，其中的颗粒介质被假定为表现为一个局部温度$δV(y)^2$和密度依赖粘度的液体。
2000-04-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Fast convergence to equilibrium for long-chain polymer melts using a MD/continuum hybrid method
采用分子动力学和弹性连续介质相结合的混合方法，实现了长链聚合物熔体向平衡态的快速有效收敛。与传统的平衡方法相比，实现平衡态所需的模拟时间大大减少。由于弹性连续体产生的大尺度波动，聚合物在很宽的能量范围内移动。聚合物熔体中产生了多种链结构，导致聚合物熔体快速收敛到平衡态。
2012-05-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Mechanistic framework for reduced-order models in soft materials: Application to three-dimensional granular intrusion
软材料通常表现出复杂的行为，通过明显的固体和流体状制度过渡。虽然越来越多的微尺度模拟方法存在于这些材料中，但通常需要封装全球尺度物理学的降阶模型来预测外部物体如何与软介质相互作用，如发生在从冲击和穿透问题到自然地形运动的各种情况下。这项工作提出了一个系统的程序，开发三维降阶模型的软材料从一个基本的基础上使用连续对称性和流变学原理。特别是，我们推导出一个降阶技术建模入侵颗粒介质中，我们称之为三维阻力理论（3D-RFT），这是能够准确，快速地预测电阻应力分布在任意形状的侵入体。借助于连续描述的粒状介质，一套全面的空间对称性约束，和数量有限的参考数据，我们开发了一个自洽的和准确的3D-RFT。我们验证了模型的能力，在广泛的情况下，它可以快速重新校准不同的媒体和入侵者的表面类型。导致3D-RFT的前提预期应用于具有强烈超局部侵入行为的其他软材料。
2022-12-10 cond-mat.soft physics.app-ph physics.flu-dyn
