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
Shearing behavior of polydisperse media
研究了尺寸比为10的多分散和双分散介质的剪切问题。采用接触动力学方法对二维剪切单元进行了模拟。对于多分散介质，采用截尾幂律，我们发现它们比双分散混合物具有更强的粘性和更大的抗剪切能力。出于减少剪切颗粒介质所需的能量的实际问题，我们引入“点状粒子”代表带电粒子的分布。即使改变运动学行为非常小，它们也减少了维持固定剪切速度所需的力。
2004-07-29 cond-mat.soft
Complex segregation patterns in confined nonuniform granular shearing flows
Free University of Bozen-Bolzano（博尔扎诺自由大学）；Cornell University（康奈尔大学）
研究揭示了受限非均匀颗粒剪切流中尺寸分离的复杂机制，发现反向和水平分离现象，表明流体动力学和几何效应共同影响分离过程。
2026-01-28 cond-mat.other cond-mat.soft
Snell's Law for Shear Zone Refraction in Granular Materials
我们目前的实验慢剪切流在分裂底部线性剪切细胞，充满分层颗粒材料。通过两种不同的材料之间的剪切由一个平坦的材料边界被示出，以产生窄的剪切区，这在材料的边界处，根据光学中的斯涅耳定律的交替作用。剪切带是剪切时耗散率最小的区域，即最小耗散原理的体现。我们已经准备好了形成颗粒状透镜的材料。剪切通过透镜示出给一个非常宽的剪切区，这对应于满足斯涅耳定律的连续范围内的路径通过细胞。
2009-04-27 cond-mat.other cond-mat.soft
Internal motion of soft granular particles under circular shearing: Rate-dependent quaking and its spatial structure
本文利用圆形剪切盒与三维荧光断层扫描研究PDMS软颗粒，揭示震动随剪切速率变化的成簇空间结构，并验证无量纲剪切速率可统一不同几何中的转变。
2025-02-17 cond-mat.soft
Dilatancy transition in a granular model
我们引入了一个颗粒物质的模型，并使用应力系综来分析剪切。蒙特卡罗模拟表明，该模型表现出二阶相变，与发病的非线性。
2010-05-11 cond-mat.soft
On the stability of the $μ(I)$-rheology for granular flow
本文讨论了Barker等人（2015，this journal，${\bf 779}$，794-818）最近报道的致密快速剪切颗粒流的所谓$μ(I)$模型的Hadamard不稳定性。本文对平面简单剪切流和纯剪切流的线性稳定性作了较全面的研究，并考虑了基流对Kelvin波矢的拉伸。我们提供了一个封闭的形式的线性稳定性问题的解决方案，并表明，波矢拉伸导致渐近稳定的非对流不稳定性发现巴克等人。我们还探讨了更高的速度梯度的稳定效果的增强连续模型的基础上的耗散模拟平衡热力学的范德华-卡恩-希利亚德方程。该模型涉及一个耗散的超应力，作为一个特殊的Korteweg应力的模拟，与表面粘度表示对应的弹性表面张力。基于增强连续介质模型，我们还提出了一个稳定剪切带模型及其在平行剪切作用下的非线性稳定性。最后，我们提出了Barker等人的非对流不稳定性与准静态场方程中广义椭圆性损失之间的理论联系。除了理论兴趣之外，本工作还可能为涉及$μ(I)$流变学及其变体的连续场方程的数值模拟提出策略。
2017-10-23 cond-mat.soft
Inhomogeneous Cooling of the Rough Granular Gas in Two Dimensions
我们使用大尺度事件驱动模拟和标度参数研究了二维粗糙粒子自由冷却颗粒气体的非均匀聚集状态。在碰撞过程中，粗糙颗粒在碰撞的法向和切向方向上耗散能量。在非均匀区域，平移动能和转动能随时间$t$衰减为幂律$t^{-θ_T}$和$t^{-θ_R}$。我们数值确定$θ_T \approx 1$和$θ_R \approx 1.6$，独立的恢复系数。颗粒气体的不均匀状态被认为可以用弹道聚集问题来描述，其中颗粒在接触时聚结。使用标度参数，我们预测$θ_T=1$和$θ_R=1$弹道聚集，$θ_R$是不同的粗糙颗粒气体。具有旋转自由度的弹道聚集的模拟与这些指数是一致的。
2014-07-03 cond-mat.soft
Geometry-mediated shear softening in dense ordered granular packings
Princeton University（普林斯顿大学）；EPFL（洛桑联邦理工学院）
通过有限元模拟，发现嵌入颗粒的孔隙几何可诱导弹性各向异性和剪切软化，使堆积表观剪切模量降低高达90%，且与接触力各向异性减小相关，为设计软颗粒超材料提供机制。
2026-06-27 cond-mat.soft
`Sinking' in a bed of grains activated by shearing
我们展示了如何弱力，$f$，使入侵者运动通过致密的颗粒状材料受到外部机械激励，在这种情况下逐步剪切。在二维光弹性圆盘系统中，力作用在特氟龙圆盘上。这个力比在没有任何外部激励的情况下移动圆盘所需的最小力小得多。在一个循环中，材料+入侵者被准静态地从$γ= 0$剪切到$γ_{max}$，然后返回到$γ= 0$。在不同的周期阶段，脆弱和堵塞的状态形成。净侵入体运动$δ$发生在切变逆转产生的脆弱期。每个循环的$δ$，例如准静态速率$c$，是恒定的，线性地依赖于$γ_{max}$和$f$。它以$c \propto (ϕ_c - ϕ)^a$的形式消失，以$a \simeq 3$和$ϕ_c \simeq ϕ_J$的形式消失，反映了颗粒系统在剪切作用下的硬化为$ϕ\rightarrow ϕ_J$。入侵者运动诱发大尺度的颗粒环流。在入侵帧中，这种运动是一个颗粒模拟流体流动通过一个圆柱体，其中$f$是由流动施加的阻力。
2017-12-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Transients in sheared granular matter
致密颗粒材料在剪切过程中形成剪切带和各向异性力网络。稳态行为的方法取决于填料的历史和现有的力和接触网络。我们目前的实验致密颗粒物质的剪切在一个二维Couette几何形状，我们探测的历史和演变的剪切带通过测量粒子的轨迹和应力在瞬态。我们发现，当剪切停止，并重新启动在同一方向上，立即达到稳态行为，与典型的假设，该系统是准静态的协议。虽然当剪切停止时观察到力网络的一些松弛，但由于接触网络基本上保持不变，因此保持准静态行为。当剪切方向相反时，会发生一个瞬态，其中应力最初减小，力网络的变化进一步深入到本体中，并且远离车轮的颗粒变得更加移动。发生这种情况是因为力网络对于横向于先前剪切下建立的力网络的变化是脆弱的;颗粒在再次堵塞之前必须重新排列，从而提供对反向剪切的阻力。在位移剪切表面$\approx 3d$之后，重新建立强力网络，其中$d$是平均晶粒直径。在$\leq 30d$剪切后达到稳态速度分布。紧挨剪切带外部的颗粒在再次堵塞之前平均移动小于1个直径。我们还研究粒子旋转在此瞬态过程中，发现平均粒子自旋在瞬态过程中，这是有关的事实，即晶粒不联锁强烈。
2004-06-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Unsteady flows and inhomogeneous packing in damp granular heap flows
实验研究了在准二维颗粒堆中加入少量水时，单分散玻璃微球从稳定流到非稳定流的转变。当含水量较低时，颗粒沿料堆两侧均匀流动，但随着含水量的增加，颗粒流动出现不稳定。非稳定流模式包括一个非沉积的下坡雪崩和上坡传播颗粒跳跃。当边坡由于水致粘聚力而超过临界角时，发生从稳定流到非稳定流的转变。在非恒定流条件下，堆积体由松散堆积层和密实堆积层组成，其形成与非恒定流动力学密切相关。
2018-06-12 cond-mat.soft
Are granular materials simple? An experimental study of strain gradient effects and localization
实验测试了剪应力对前两个剪应变梯度的依赖性。测试进行了直接数值模拟，使用离散元法（DEM）上的一个大的二维（2D）组装的圆盘。通过向材料区域施加体积力，将组件强制成不均匀变形的形状。试验结果表明，剪应力受第一、第二剪应变梯度的影响，应变及其梯度的实测响应均为增量非线性。膨胀率不受应变梯度的影响。粒子旋转，虽然非常不稳定，平均而言，与平均场旋转一致，不受应变梯度的影响。在独立的无约束测试中，材料在没有体力的情况下被剪切，因此可以自由地发生定位。三个本地化模式进行了观察：在非常小的应变微带;非持久性剪切带在中等应变;和持久性带在大应变。观察到的微带和剪切带的特征与实测的剪切应变及其前两阶导数的影响是一致的。
2019-01-01 cond-mat.other cond-mat.soft
Maximum disorder model for dense steady-state flow of granular materials
建立了剪切驱动的稠密颗粒流模型。如地质力学文献中所述，在超过初始静态填充的足够剪切之后达到临界状态条件。在临界状态下的进一步剪切过程中，应力、组构和密度几乎保持不变，即使颗粒不断重新排列。本文提出了一个临界状态流的预测框架，将其视为微观尺度上最大无序的条件。流动模型是在一个二维的设置，从概率密度的运动，力，和粒子间的接触方向。约束施加到这个概率密度：恒定的平均应力，恒定的体积，接触耗散率与应力工作的一致性，和滑动接触的分数。香农熵的微分形式，无序的措施，适用于密度，和Jaynes形式主义是用来找到最大的混乱在底层相空间的密度。由此产生的接触力，运动和方向的分布进行了比较与二维离散元模拟双轴压缩。该模型有利地预测各向异性的接触方向，接触力，接触运动，和这些接触的方向进行滑移。该模型还预测了接触力大小和接触运动之间的关系。该模型是一种替代仿射场描述的颗粒流。
2018-12-19 cond-mat.soft
From the stress response function (back) to the sandpile `dip'
我们有关的压力“倾角”观察到的连续雪崩制备的沙堆底部的剪切颗粒层上获得的应力分布在本地化的垂直过载。我们发现，在一个简单的各向异性弹性分析，偏度和倾斜的剪切引起的响应剖面提供了一个定性的协议与沙堆倾角效应。我们的结论是，由雪崩产生的纹理各向异性在本质上是类似于由一个简单的剪切引起的-虽然倾斜的角度的休息的桩。这项工作也表明，这种响应函数技术可以很好地适用于探测静态颗粒堆积的纹理。
2005-03-15 cond-mat.soft
Reflection and Exclusion of Shear Zones in Inhomogeneous Granular Materials
对颗粒材料的剪切局部化进行了实验和数值研究。该系统由两个具有不同有效摩擦的材料层组成。材料界面的存在导致剪切带的一种特殊类型的“全内反射”。在大范围的配置中，反射的特征在于固定角，其类似于光学中折射的临界角。该区域在该临界角离开和重新进入高摩擦区域，并且在其间，其停留在低摩擦区域中的界面附近。描述剪切带几何形状的形式与折射和反射光束的形式非常相似。对于剪切定位的内部可视化，使用了两种独立的实验技术（i）挖掘和（ii）磁共振成像。
2011-08-17 cond-mat.soft
Dense granular flow at the critical state: maximum entropy and topological disorder
经过广泛的准静态剪切，致密的干颗粒流达到孔隙度和偏应力的稳态条件，即使颗粒不断重新排列。本文考虑二维流动，导出了使拓扑熵最大的两种粒子排列拓扑测度-配位数和空价的概率分布。通过只考虑拓扑色散，该方法密切预测的空隙价态的分布，在离散元（DEM）模拟测量。配位数的分布也来自考虑填料的几何和动力学一致的颗粒尺寸和摩擦系数。交叉熵的原则，结果在一个分布的协调数，密切配合DEM模拟。
2018-12-21 cond-mat.soft
Inhomogeneous relaxation in vibrated granular media: consolidation waves
我们调查的振动颗粒床的密度的空间依赖性，使用基于混合蒙特卡罗算法的模拟。我们发现，无论是在存在一个恒定的振动强度，当颗粒床提交到“退火震动”的初始固结是典型的inhomogenous。我们还提出了一个理论模型，解释了这种不均匀的放松方面的“巩固波”，在良好的定性与我们的模拟协议。我们的结果也与最近的模拟定性一致。
2000-10-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Turbulent-like fluctuations in quasistatic flow of granular media
我们分析了均匀准静态剪切作用下模拟颗粒系统中的颗粒速度涨落。我们发现，尽管这些波动的物理起源不同，但它们都具有以下流体湍流的标度特性：1）在小时间尺度上具有非高斯加宽的尺度相关概率分布; 2）幂律谱，反映了波动的长程相关性和自仿射性质; 3）相对于平均背景流的超扩散。
2002-05-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Mechanisms for slow strengthening in granular materials
几种机制导致粒状材料在低施加应力下随着时间的推移而增强。该强度由剪切板在与湿或干颗粒材料接触时所经受的最大摩擦力F_max确定，该剪切板在该层已经静止等待时间τ之后。如果在等待时间期间施加剪切应力，则层强度仅与τ大致成几何关系地增加。通过敏感的位移测量和剪切区中颗粒运动的成像研究了强化机制。颗粒状物质由于在剪切应力下颗粒排列的缓慢移动而可以强化。湿度也会导致强化，但并不是唯一的原因。除了这些与时间相关的影响之外，在某些情况下，通过压实颗粒材料以及通过循环施加的剪切应力，也可以增加静摩擦系数。
1999-09-22 cond-mat.soft
Anti-plane segregation and diffusion in dense, bidisperse granular shear flow
本文通过DEM模拟研究致密双分散颗粒剪切流中垂直于剪切面的抗平面分离与扩散，校准本构方程并验证其预测，提出三维推广策略。
2024-05-26 cond-mat.soft
Scaling theory of shear-induced inhomogeneous dilation in granular matter
以有限的剪切速率剪切一个压缩颗粒系统的结果在一个区域的颗粒流动的紧凑，静态组件。必然该区域被扩张到取决于剪切速率、加载压力、重力、各种材料参数和制备方案的程度。尽管对颗粒流进行了大量的研究，但仍然缺乏膨胀量的预测理论。在这里，我们提供了一个标度理论，专注于这样的预测作为剪切速率和耗散参数的颗粒组装的函数。由此产生的标度律是普遍的改变粒子间力的法律。
2019-05-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Shear viscosity scaling of granular suspensions across dilute to dense regimes
本文通过 DEM-LBM 恒体积剪切模拟，提出以过渡固体分数 $ϕ_d$ 统一描述非 Brownian 颗粒悬浮液在稀疏至稠密区的黏度标度。
2023-07-17 cond-mat.soft
On velocity profiles, stresses and Bagnold scaling of sheared granular system in zero gravity
报道了库埃特几何条件下剪切颗粒体系的三维分子动力学模拟结果。\cite{movies}模拟使用物理实验中可能预期的真实边界条件。对于一系列的边界属性，我们报告的速度和密度分布，以及边界上的力。特别是，我们发现，整个剪切细胞的速度分布的结果强烈依赖于系统粒子与物理边界的相互作用。甚至摩擦边界可以允许颗粒的显著滑动，因此，减少系统中的剪切。接下来，我们提出了剪切速率的应力依赖性，包括平均力和力的波动，无论是控制体积，和控制应力配置。讨论了恒压条件下固体体积分数对剪切速率的依赖关系，以及体积控制实验中的拜格诺标度。此外，我们还研究了振荡驱动对系统特性的影响。
2004-11-17 cond-mat.soft
Stabilization of nonlinear velocity profiles in athermal systems undergoing planar shear flow
我们进行分子动力学模拟的模型颗粒系统进行边界驱动的平面剪切流在两个空间维度的目标是开发一个更完整的理解致密的颗粒系统如何响应应用剪切。特别是，我们感兴趣的是确定这些系统将拥有线性速度分布，当他们将开发高度本地化的速度分布响应剪切。在以前的工作中，类似的系统，我们表明，非线性的速度剖面形式时，剪切边界的速度超过剪切波的速度在材料中。然而，我们发现这些系统中的非线性速度分布在很长一段时间内是不稳定的。非线性的程度随着时间的推移而缓慢降低;当颗粒温度和密度分布在整个系统中长时间均匀时，速度分布变为线性。我们测量的时间$t_l$所需的速度剖面成为线性的，并发现，$t_l$增加作为一个幂律与剪切边界的速度，并迅速增加包装分数接近随机紧密包装。我们还进行了模拟，在整个系统中的颗粒温度的差异保持垂直振动的边界之一，在剪切流。我们发现，非线性速度分布的形式，并在很长一段时间内是稳定的，如果在整个系统的颗粒温度的差异超过阈值，这是可比的玻璃化转变温度在平衡系统中在相同的平均密度。最后，剪切和振动的系统形成稳定的剪切带，或高度局部化的速度分布，当施加的剪切应力降低到低于系统的静态部分的屈服应力。
2005-06-20 cond-mat.soft
Crackling to periodic dynamics in sheared granular media
在模型实验中研究了剪切颗粒介质的局部和整体动力学与几个宏观参数的函数关系。我们观察到，通过改变剪切速率或加载刚度，系统裂纹，间歇性的滑动雪崩，或表现出周期性运动。通过分析整体力，诱导剪切，我们捕捉到从裂纹的周期性制度和相关的标度律的过渡。我们推导出一个新的动态相图作为剪切速率和系统的刚度的函数。利用光弹仪，我们还捕捉到了晶粒尺度的应力演化，并研究了在不同制度下的微观行为。
2018-09-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
A scalar model of inhomogeneous elastic and granular media
我们从理论上研究如何颗粒材料的应力传播特性的演变，因为他们受到不断增加的压力，比较的结果，一个二维的标量晶格模型的分子动力学模拟稍微多分散光盘。我们使用力的直方图和两点的空间关联函数的力量的统计特性的特点。对于晶格模型，在颗粒极限的力直方图有一个指数的尾巴在大的力量，而在弹性制度的力直方图是窄得多，并有一个形式，取决于在模型中实现的无序。随着压力的增加，分子动力学模拟中的力直方图的行为与晶格模型所显示的非常相似。与此相反，空间相关性在晶格模型和分子动力学模拟中定性地不同地演化。对于晶格模型，在颗粒的限制，有没有在平面内的应力-应力的相关性，而在分子动力学模拟显着的平面内的相关性坚持研究的最低压力。
2000-05-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Localization of Shear in Saturated Granular Media: Insights from a Multi-Scaled Granular-Fluid Model
充液颗粒介质的耦合力学控制着许多自然系统的行为，如饱和土壤、断层泥和滑坡。颗粒运动和流体压力相互影响：当流体压力升高时，充满流体的颗粒系统的剪切阻力降低，因此可能引发灾难性事件，如土壤液化、地震和加速滑坡。或者，当孔隙压力下降时，这些系统的抗剪性增加。尽管颗粒-流体系统的耦合力学非常重要，但控制这种耦合的基本物理还远未被理解。我们开发了一个新的多尺度模型的基础上的离散元方法，再加上连续模型的流体压力，探索这个动力系统。该模型最近被证明捕获的孔隙度变化之间的基本反馈所产生的重排的颗粒，和局部压力变化，由于改变孔隙配置。在这里，我们报告新的结果，从连续剪切层的圆形二维晶粒的数值实验，两个平行的粗糙边界之间被困。实验使用一个固定的围压的边界上的墙壁，和一个恒定的速度施加到一个边界，如果这个系统是一个滑动的地质断层的内部充满了“断层泥”。此外，我们还控制了地层渗透率和排水边界条件。本文提出的模拟结果表明，剪切的本地化（剪切层内的一个狭窄的剪切带）是强烈的流体的存在下。而在干燥的颗粒层中，局部化的发生没有优选的位置，排水系统往往在其边界上局部化剪切。我们提出了一个缩放参数来描述剪切带中的压力偏差，并使用它来预测作为故障和断层泥属性的函数的剪切局部化的允许位置。
2013-10-18 cond-mat.soft physics.geo-ph
Evolution of shear zones in granular materials
本文通过实验和数值模拟研究了底部剪切单元中准静态干颗粒流宽剪切区（或剪切带）的演化。我们比较了由珠子、不规则颗粒（例如沙子）和细长颗粒组成的材料的行为。剪切一个最初随机的样品，区域宽度被发现显着减少，在第一阶段的过程。与这种减少相关的特征剪切应变约为1，并且随着形状各向异性而系统地增加，即当颗粒形状从球形变为不规则（例如砂）并变得细长（钉）时。区域宽度的强烈减小趋势之后是略微增加，这对于棒状颗粒比对于具有较小形状各向异性的颗粒（珠粒或不规则颗粒）更明显。区域宽度的演变与剪切引起的密度变化有关，对于非球形颗粒，它还涉及晶粒重取向效应。不规则颗粒的最终区域宽度明显小于球形珠。
2014-08-07 cond-mat.soft
Relevance of visco-plastic theory in a multi-directional inhomogeneous granular flow
我们面对最近的粘塑性描述的致密颗粒流[P. Jop等人，自然，{ \bf 441}（2006）727]与多方向非均匀稳定流中观察到的非光滑接触动力学模拟的2D半填充旋转鼓。特别注意分别检查两个基本的陈述，考虑到理论可以改写，即（i）一个单一的关系之间的不变量的应力和应变率张量和（ii）这些张量之间的对齐。有趣的是，第一个预测是相当好的验证超过四十年的小应变率，从表面快速流动的准静态蠕变阶段，在那里通常被认为是失败的，因为堵塞。另一方面，应力和应变率张量之间的对齐示出失败的整个流，产生一个明显的违反粘塑性流变学时，不小心应用。在准静态阶段，特别大的失调被证实与瞬态双折射效应有关。
2009-11-06 cond-mat.other cond-mat.soft
A general constitutive model for dense, fine particle suspensions validated in many geometries
细颗粒悬浮液（如玉米淀粉与水的混合物）在剪切时表现出粘度的巨大变化，产生令人着迷的行为，吸引了儿童和流变学家。最近检查这些混合物在简单的流动几何形状表明，颗粒间的排斥是这种效果的核心-混合物在休息或剪切缓慢，排斥防止颗粒之间形成摩擦接触，而当剪切更有力，颗粒应力克服排斥，使颗粒相互作用的阻力，并形成微观结构，抵制流动。这些混合物以前的本构研究集中在特定的情况下，通常限于二维，稳定，简单的剪切流。在这项工作中，我们介绍了一个预测和一般的，三维连续模型，这种材料，使用混合物理论耦合的流体和颗粒相。在模型中扮演核心角色，我们引入了一个微观结构状态变量，其演变推导出小尺度的物理参数，并检查与现有的数据。我们的空间和时间相关模型在各种不稳定、非均匀流配置中进行了数值实现，其中显示出准确捕获各种关键行为：（i）在定常流中观察到的连续剪切增稠（CST）和不连续剪切增稠（DST）行为，（ii）“剪切干扰锋”随时间的传播，（iii）“撞击激活干扰锋”的时间依赖性传播，以及（iv）非牛顿的“运行在欧布莱克”效应，其中快速运动体保持漂浮，而慢速运动体下沉。
2019-05-23 cond-mat.soft
Comparing Simulation and Experiment of a 2D Granular Couette Shear Device
我们目前的实验，随着分子动力学（MD）模拟的二维（2D）颗粒状材料在库埃特细胞进行缓慢剪切。颗粒是限制在内部旋转轮和固定外环之间的圆盘。模拟结果与实验研究进行了比较，发现定量的一致性。跟踪单个粒子的位置和取向，使我们能够获得系统的密度分布，速度和粒子旋转速率。本文的关键问题是显示在何种程度上{ \em定量}协议之间的实验和MD模拟是可能的。除了在模型细节和实验中的许多差异外，定性特征被很好地再现。我们讨论了定量协议/分歧，给出可能的原因，并概述进一步的研究前景。
2002-11-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hydrodynamic granular segregation induced by boundary heating and shear
研究了杂质在驱动的低密度颗粒气体中的热梯度引起的分凝。该系统被封闭在两个平行的壁之间，我们从这两个壁向气体输入热能。我们在这里研究稳态时发生的非弹性冷却是完全平衡的一些外部能量输入（随机力或粘性加热），从而产生均匀的热通量。一个分离的标准的基础上的Navier-Stokes颗粒流体动力学的示踪剂扩散输运系数，其依赖于系统的参数（质量，尺寸和恢复系数）是明确地确定从非弹性玻尔兹曼方程的解决方案。通过Monte Carlo和分子动力学模拟验证了理论预测，表明即使在强剪切和/或非弹性下，Navier-Stokes流体动力学也能产生精确的分离准则。
2014-04-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Stresses in Smooth Flows of Dense Granular Media
应力张量的形式进行了研究，在光滑，密集的颗粒流中产生的分裂底部剪切几何形状。我们发现，在波动流化空间区域内，应力张量的形式直接由流场决定：应力和应变率张量是共线的。有效摩擦力定义为作用在剪切平面上的剪应力和法向应力之比，它不是常数，而是在整个流动区变化。这种变化不能用惯性效应来解释，但似乎是由流场的局部几何形状决定的。这与最近的预测是一致的，但与大多数模型的缓慢颗粒流，并指出有一个微妙的机制，选择的流动剖面。
2007-04-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Fluid-solid transition in unsteady, homogeneous, granular shear flows
本研究通过离散元模拟非稳态均匀颗粒剪切流，发现压力波动振幅的剪切率依赖性由临界配位数决定，揭示了类流体与类固体的转变，并指出本构模型需纳入配位数、体积分数、颗粒刚度和搅动强度。
2017-07-11 cond-mat.soft
Patterns in Flowing Sand: Understanding the Physics of Granular Flow
稠密颗粒流往往是不稳定的，并形成不均匀的结构。虽然最近在理解简单流动方面取得了重大进展，但这种流动的不稳定性往往不被理解。我们目前的实验和数值结果表明，形成纵向条纹所产生的不稳定性的均匀流动状态的颗粒介质上的粗糙斜面。条纹的形式主要取决于流体的平均密度，在高密度下具有坚固的条纹形式，其由高度搅拌的沸腾材料顶部的快速滑动的塞状区域（条纹）组成-当被其蒸汽提升的液体液滴在热表面上方盘旋时，这种配置让人想起莱顿弗罗斯特效应。
2009-10-01 cond-mat.soft
Non-Newtonian hydrodynamics for a dilute granular suspension under uniform shear flow
本文研究了低密度气固悬浮液中的零热流密度稳态剪切层流流动（通常称为“均匀剪切流”）。固体颗粒被建模为气体的光滑硬球与非弹性碰撞，而周围的间隙流体对颗粒的动力学的影响被建模的体积阻力的装置，在悬浮液的流变模型的上下文中。该模型是通过三个不同的，但互补的路线，其中两个是理论（格拉德矩法适用于相应的玻尔兹曼方程和一个精确的解决方案的动力学模型适用于颗粒悬浮液）和其他计算（蒙特卡罗模拟的玻尔兹曼方程）。与以往的研究颗粒剪切悬浮液，我们包括在我们的格拉德的解决方案中的非线性项的应力张量的碰撞时刻与动量转移。这种理论上的改进使我们能够检测和评估垂直于层流的平面内的法向应力差。此外，动力学模型的精确解给出了速度分布函数的速度矩的显式形式。我们的理论和数值计算结果之间的比较表明，在一般的非牛顿流变特性，峰度（第四速度矩的分布函数）和速度分布的动力学模型相当强的非弹性和不太大的值（缩放）摩擦系数表征粘性阻力的良好协议。这表明我们的分析结果的准确性，使我们能够详细描述的颗粒悬浮液的流动动力学与零热通量在整个文件。
2015-11-10 cond-mat.soft
Shear zones in granular mixtures of hard and soft particles with high and low friction
针对硬软摩擦特性不同的颗粒混合物剪切区更宽的实验现象，通过离散元模拟揭示颗粒间摩擦和弹性模量对剪切带特性的共同调控作用及摩擦对应力响应的强影响，深化了剪切带形成的微力学认识。
2023-11-06 cond-mat.soft
Granular Shear Flow in Varying Gravitational Environments
尽管它们的表面重力很低，但小行星表现出许多涉及颗粒物质的不同地质过程。了解这种粒状物质在微重力条件下对外力的反应，对于设计成功的小行星表面下取样机制和解释小行星上迷人的地质情况至关重要。我们已经设计和飞行泰勒-库埃特剪切细胞调查颗粒流由于旋转剪切力条件下的抛物线飞行微重力。实验在弱压缩条件下进行。首先，我们提出的技术细节的实验设计，特别强调设备是如何专门设计的抛物线飞行环境。然后，我们研究如何在不同的重力环境中的旋转剪切力引起的稳态颗粒流不同。我们发现，在垂直于有效加速度的方向上，对颗粒材料的恒定剪切的效果，似乎不受重力的强烈影响。这意味着剪切带可以在弱引力场的存在下形成，就像在地球上一样。
2013-06-07 astro-ph.EP cond-mat.soft physics.geo-ph
Spontaneous membrane formation and self-encapsulation of active rods in an inhomogeneous motility field
我们研究了非均匀运动场中自推进杆的集体动力学。在恒定但不同运动性的两个区域之间的界面处，通过活性杆之间的对齐相互作用自发地产生近晶杆层，使人联想到人造半透膜。这种“活性膜”吞噬局部捕获在低运动性区域中的杆，从而通过自组织进一步提高捕获效率，这种效应我们称之为“自封装”。我们的研究结果是通过计算机模拟的自推进杆模型限制在一个二维平面或球面上的逐步恒定的运动场，但这种现象应该是观察到的任何几何形状具有足够大的空间不均匀性。我们还讨论了可能性，以验证我们的预测的自推进胶体棒和振动颗粒物质的实验中形成的活性膜。
2018-02-02 cond-mat.soft
Granular front formation in free-surface flow of concentrated suspensions
颗粒锋是一种常见的现象，但无法解释出现在重力驱动的自由表面流动的浓悬浮液。它们通常被认为是流体对流与颗粒尺寸偏析相结合的结果。然而，由均匀尺寸的颗粒组成的悬浮液也会形成颗粒前沿。在一个大的旋转鼓内，产生一个静止的再循环雪崩。流动材料是从高岭土-水分散体获得的粘塑性流体与比流体更致密的球形陶瓷颗粒的混合物。目标是模拟许多常见的颗粒流体材料的组成，如新鲜混凝土或泥石流。在这些材料中，颗粒相和流体相由于颗粒沉降而具有分离的自然趋势。然而，通过由滚筒的旋转引起的剪切，诱导相的重组，导致颗粒前沿的形成。通过调整材料属性和滚筒速度，可以控制这种现象。该设置在数值环境中重现，其中流体通过格子玻尔兹曼方法求解，粒子使用离散单元方法明确表示。模拟证实了实验的结果，并提供了内部机制的见解。比较颗粒沉降的时间尺度与颗粒回流的时间尺度，定义了一个无量纲数，并发现它在预测颗粒前沿的形成方面是有效的。
2015-02-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The Behavior of Granular Materials under Cyclic Shear
本文介绍了一种用于颗粒材料大尺度剪切流动研究的平行板剪切池的设计和研制。平行板的几何形状允许剪切研究没有曲率的影响，发现在更常见的库埃特实验。独立可移动的板条的系统产生具有侧壁的井，所述侧壁响应于堆内的谷物的运动而变形。这允许真正的平行板剪切与最小的干扰，从包含的几何形状。侧壁的运动还允许直接测量穿过颗粒堆的速度分布。结果应用该系统的瞬态颗粒剪切和剪切诱导结晶的研究。初始剪切曲线被发现不同的包装包装，范围从整个系统的线性曲线的指数衰减的宽度约为6珠直径。当系统被剪切时，速度分布变得更加尖锐，类似于具有大约3个珠直径的宽度的指数衰减。进一步的剪切产生的速度分布不再适合指数衰减，但更好地表示为高斯衰减或误差函数分布。循环剪切被发现产生大规模有序的颗粒包，这对剪切剖面有着深远的影响。存在层之间滑动的时间段以及分层颗粒锁定在一起导致非常小的相对运动的时间段。
2004-07-31 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Shearing a glass and the role of pin-delay in models of interface depinning
当无序固体被剪切时，屈服之后是间歇性响应的开始，其特征在于通常标记为剪切转变区（STZ）的局部区域中的滑移。这种间歇性反应类似于地震或接触脱钉的行为，其中明确定义的钉扎无序景观禁止弹性介质的变形。然而，无序固体的明显不同之处在于，粒子的钉扎势垒是由于邻居也受到运动的影响。微观屈服导致局部微观结构的破坏和局部加热。很自然地假设，在冷却到转变的构型之前，局部的液体在有限的时间尺度内出现。对于包括玻璃脱钉模型中的这一特性瞬态，我们提出了一个一般机制，涉及一个“针延迟”时间TPD，在此期间，每个区域的滑动演变为流体。新的时间尺度可以小到单个雪崩时间步长。我们证明，包括这种机制会导致漂移的临界指数向更高的值的滑移尺寸$τ$，直到过渡到永久剪切带的行为发生几乎振荡，粘滑响应。此外，它会导致扩散的大事件是高度不均匀的，类似于尖锐的滑移带的形成。我们的模型似乎是定性与最近的实验和模拟剪切下的无序固体。
2014-08-04 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Fluctuating hydrodynamics in a vertically vibrated granular fluid with gravity
我们研究了二维颗粒流体中的流体动力学波动，在重力的存在下，由一个振动的基地和激发，侧重于横向速度模式。由于系统是不均匀的，我们测量波动的水平层的宽度小于特征流体动力学长度：它们可以被认为是几乎均匀的子系统。模式的自相关的大时间衰减是指数和兼容的涡度扩散由于剪切粘度，在平衡流体。的速度结构因子，强烈偏离平衡常数的行为，以及再现由两个噪声项描述的有效的脉动流体动力学：第一个与涡度扩散和第二个与本地能量交换，其中有内部和外部字符，分别。
2011-07-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Local rheological measurements in the granular flow around an intruder
本文对二维运动圆盘绕流中颗粒物质的流变特性进行了实验研究。使用光弹性和标准的镶嵌技术相结合，应变和应力张量估计在晶粒尺度上的时间平均流场周围的一个大的磁盘在一个较小的磁盘组件中以恒定的速度拉。一方面，人们观察到不均匀的剪切速率和强烈局部化的剪切应力和压力场。另一方面，一个显着的膨胀率，它具有相同的幅度的剪切应变率，报告。观察到显着的偏差与当地的流变学，证明需要寻找一个非本地的流变学。
2016-01-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Self-stresses and Crack Formation by Particle Swelling in Cohesive Granular Media
我们提出了一个分子动力学研究的力模式，拉伸强度和裂纹形成的粘性颗粒模型中的颗粒进行膨胀或收缩梯度。不均匀的颗粒尺寸变化产生自平衡力，一旦最强的拉伸接触开始失效，就会导致裂纹萌生。我们发现，粗粒度的应力是正确的弹性模型，将颗粒尺寸的变化作为度量演化预测。由于颗粒介质中的力传递不均匀，其抗拉强度远低于理论强度。裂纹在收缩时从边缘向内扩展，在膨胀时从中心向外扩展。
2004-10-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.class-ph
Shear modulus and Dilatancy Softening in Granular Packings above Jamming
我们通过实验研究了单层双分散摩擦颗粒对非均匀剪切扰动的力学响应。我们膨胀的包装内的入侵者，并使用光弹性和跟踪技术来测量在晶粒尺度上的诱导剪切应变和应力。我们量化实验的应变幅低至0.001和一系列的包装分数在2%的变化范围内的堵塞过渡的本构关系。在转变过程中，强非线性效应开始出现：剪切模量和非线性剪切模量在小应变下发生软化，直到达到临界应变，此时恢复有效线性。通过标度分析，提取了临界应变和相关临界应力对堵塞距离的依赖关系。我们检查的本构关系，当应用到力学平衡方程，导致观察到的应力和应变分布。这些剖面在靠近充气管的有效线性区和远离充气管的真正非线性区之间表现出空间交叉，交叉长度在干扰过渡处发散。
2014-11-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Reentrant melting of scarred odd crystals by self-shear
Jawaharlal Nehru Centre for Advanced Scientific Research（贾瓦哈拉尔·尼赫鲁高级科学研究中心）；Indian Institute of Science（印度科学学院）；Raman Research Institute（拉曼研究所）
通过晶界疤痕的自剪切作用，研究发现奇数弹性固体在特定条件下发生重新进入熔化转变。
2025-12-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
