Microscopic mechanism for the shear-thickening of non-Brownian suspensions
我们提出了一个简单的模型，支持接触动力学模拟以及流变学和摩擦测量，链接从连续到不连续的剪切增稠致密颗粒状糊状物中的颗粒接触不同的润滑制度的过渡。我们确定了一个本地索末菲数，确定从牛顿的剪切增稠流的过渡，然后表明，悬浮液的体积分数和边界润滑摩擦系数控制的剪切增稠过渡的性质，无论是在模拟和实验。
2013-08-05 cond-mat.soft
Shear thickening in Electrically Stabilized Colloidal Suspensions
提出了一种理论的剪切增稠的胶体悬浮液中的颗粒，稳定的静电斥力的发病。基于活化模型的临界剪切应力可以推导出一个恒定的电位和恒定的电荷的方法的球体在稠密的悬浮液中的剪切增稠的开始。与以前的模型不同，考虑了总的相互作用势（吸引力和排斥力之和）。临界剪切应力与总相互作用势的最大值有关，该最大值由每个颗粒的自由体积缩放。与实验研究的比较表明了理论的适用性。
2011-07-25 cond-mat.soft
The Impact of non-DLVO Forces on the Onset of Shear Thickening of Concentrated Electrically Stabilized Suspensions
本文揭示了作者以前发表的激活模型的扩展。当颗粒沿剪切悬浮液的压缩轴排列时，它们可以克服静电斥力并形成与剪切增稠相关的力链。基于渗流的考虑，允许估计力链对流动悬浮液的影响。它表明，类似于模式耦合模型，悬浮液变得不稳定之前，从激活模型评估的临界应力达到。该理论是只适用于不连续剪切增稠，和预测的结果进行了比较，从两个实验研究的无机氧化物的水悬浮液;在其中一个水合排斥和在其他疏水吸引力可以预期。结果表明，纳入非DLVO力大大提高预测的剪切增稠不稳定性。
2011-07-25 cond-mat.soft
Shear thickening regimes of dense non-Brownian suspensions
我们提出了一个统一的非布朗球的稠密悬浮液的流变框架，预测粒子摩擦和粒子惯性作为不同的剪切增稠机制的发作，同时捕获准静态和软粒子流变学在高体积分数和剪切速率分别。离散元方法模拟，适当考虑流体动力学和颗粒接触相互作用证实了模型的预测，证明了剪切增稠的两种机制，并表明它们可以同时发生与精心选择的颗粒表面性质在一定的流动条件下。与摩擦剪切增稠的显微结构转变。我们发现非常独特的分歧的微观结构和动态变量的体积分数在增厚和非增厚状态。
2015-09-15 cond-mat.soft
Liquid migration in shear thickening suspensions flowing through constrictions
稠密的颗粒悬浮物在向下游移动通过收缩部时通常变得更稀。我们发现，作为剪切增稠悬浮液挤出通过一个狭窄的模具，并经历这样的液体迁移，挤出物保持稳定的浓度$ϕ_c$，独立于时间或初始浓度。该浓度$ϕ_c$随体积流率$Q$和模头半径$r_{\rm d}$而变化，但在低$Q$下，$ϕ_c$坍缩到$Q/r_{\rm d}^3$的通用函数上，即模头中的特征剪切速率。我们定量地解释了在挤出液体迁移的发病耦合最近的模型不连续剪切增稠和“悬浮平衡模型”溶剂渗透通过颗粒。
2019-09-17 cond-mat.soft
Shear thickening and migration in granular suspensions
我们研究了非布朗粒子的稠密悬浮液中剪切增稠的出现。我们结合局部速度和浓度测量使用磁共振成像与宏观流变实验。在稳定状态下，我们观察到的材料是异质的，我们发现，局部流变性呈现出连续的过渡，在低剪切速率从粘性剪切增稠，Bagnoldian，行为与剪切应力成比例的剪切速率平方，预测的缩放分析。我们发现，从一个出乎意料的快速迁移的晶粒，我们归因于Bagnoldian流变学的出现的异质性的结果。迁移过程中观察到伴随着宏观瞬态不连续剪切增稠，因此这不是一个固有的性质的颗粒悬浮液。
2011-05-03 cond-mat.soft
Discontinuous shear-thickening in Brownian suspensions
稠密悬浮液中的不连续剪切增稠自然地出现在接近堵塞的非布朗体系中，由剪切流引起的摩擦力的激活。然而，这种物理图像是不完整的，因为大多数实验研究的是受到热波动影响的软胶体颗粒。为了解释胶体悬浮液中的不连续剪切增稠，我们使用计算机模拟来提供非热干扰，摩擦力，热运动，颗粒柔软度和剪切流之间的竞争的完整描述。我们有意忽略流体力学、静电学、润滑和惯性，但仍然可以获得与实验结果定量一致的结果。特别是，剪切增稠对应于无摩擦和摩擦堵塞制度之间的交叉，这是由热波动和颗粒柔软度控制，并发生在一个柔软度依赖Péclet数。我们还探讨了恒压实验的结果，并严格讨论了“S形”流动曲线的出现报告。我们的工作提供了最小的成分，定量解释了大量的实验工作不连续剪切增稠的胶体悬浮液。
2018-07-26 cond-mat.soft
Generality of shear thickening in suspensions
悬浮液具有广泛的兴趣，并形成许多智能流体的基础。对于大多数悬浮液，粘度随着剪切速率的增加而降低，即它们剪切变稀。很少有报道做相反的，即剪切增稠，尽管长期以来的期望，剪切增稠是一种通用类型的悬浮行为。在这里，我们解决这个明显的矛盾。我们表明，剪切增稠可以被掩盖的屈服应力，并可以恢复时，屈服应力降低到阈值以下。我们展示了这一论点的一般性，并量化了流变学实验中的阈值，我们控制屈服应力所产生的各种来源，如从颗粒表面相互作用的吸引力，从施加的电场和磁场诱导偶极子，以及在高包装分数的硬颗粒的限制。这些发现开辟了智能悬浮液的设计，结合剪切增稠与电或磁流变响应的可能性。
2010-02-05 cond-mat.soft
Universal scaling of shear thickening suspensions under acoustic perturbation
本研究通过实验将声学扰动对悬浮液粘度的影响纳入普适标度框架，揭示了声学扰动等效于有效粒子间排斥力，实现了对剪切增稠行为的定量预测与实时控制。
2025-10-13 cond-mat.soft
Thinning or thickening? Multiple rheological regimes in dense suspensions of soft particles
稠密胶体和颗粒悬浮液的剪切流变学是强非线性的，因为这些材料表现出剪切变稀和剪切增稠，这取决于多个物理参数。我们数值研究了一个简单的模型的软排斥颗粒在大密度的流变学，并表明，非线性流动曲线，让人想起真实的悬浮液的实验可以得到。通过使用量纲分析和动力学理论的基本要素，我们合理化这些多个流变制度和解开的相对影响的热波动，玻璃和堵塞过渡，惯性和颗粒柔软的流动曲线。我们更具体地描述了剪切增稠制度，并表明，颗粒柔软度和屈服应力的出现在干扰过渡竞争与惯性效应负责所观察到的增稠行为。这使我们能够构建动态状态图，可用于分析实验。
2014-04-18 cond-mat.soft
Shear thickening in densely packed suspensions of spheres and rods confined to few layers
我们调查有限的剪切增稠悬浮液的样品厚度是可比的颗粒尺寸。流变测量提出了密集包装的悬浮液的球体和杆的纵横比为6和9。通过在恒定剪切速率下沿剪切梯度的方向改变悬浮液厚度，我们发现应力的明显振荡。随着间隙尺寸的减小，这些振荡变得更强，并且当样品厚度与整数个颗粒层相称时，应力最小化。尽管这种约束诱导的效果，粘度曲线显示剪切增稠，保持散装行为下降到样品薄至两个粒径的球体，低于该悬浮液堵塞。棒表现出与颗粒宽度相称的类似行为，但当厚度减小到低于约颗粒长度时，它们表现出额外的效果，因为它们被迫对齐;应力在固定剪切速率下随着间隙尺寸的减小而增加，而剪切增稠机制逐渐过渡到牛顿缩放机制。这种削弱的剪切增稠作为一个有序的配置接近对比剪切增稠的加强时，填充分数增加在无序的散装限制，尽管事实上，这两种类型的限制最终导致堵塞。
2010-03-22 cond-mat.soft
Constitutive relations for shear fronts in shear-thickening suspensions
我们研究出现的前，当剪切增稠悬浮液提交到一个突然的驱动力在边界。使用一个准一维的实验几何形状，我们提取的前形状和传播速度从悬浮液流场和映射出它们的依赖于施加的剪切。我们发现，应力和速度之间的关系是二次的，通常是真实的液体中的惯性效应，但与前因子，可以远远大于材料密度。我们表明，这些实验结果可以解释的Wyart-Cates模型，这是最初开发来描述稳态剪切增稠的扩展。这是通过引入一个唯一的附加参数来实现的：控制从启动响应到稳态行为的交叉的特征应变尺度。我们得到的理论框架统一的瞬态和稳态性能的剪切增稠材料。
2017-11-06 cond-mat.soft
Testing the Wyart-Cates model for non-Brownian shear thickening using bidisperse suspensions
有一个越来越多的共识，剪切稠化的浓缩分散体是由应力引起的摩擦接触的形成驱动。这种现象的Wyart-Cates（WC）模型，其中接触的微观物理仅通过摩擦接触的分数$f$进入，可以成功地拟合弱多分散球体悬浮液的流动曲线。然而，它对“现实生活”、多分散悬浮液的有效性尚未得到认真的测试。通过对球的双分散混合物进行系统的模拟，我们表明，WC模型只适用于单分散的限制和失败时，大量的双分散性引入。我们追踪失败的模型，它无法区分大-大，大-小和小-小摩擦接触。通过拟合我们的数据，使用多分散类似物的$f$，分别取决于这些接触类型的每一个的分数，我们表明，剪切增稠的WC图片是不完整的。模型剪切增稠悬浮液的系统实验证实了我们的研究结果，但突出的重要挑战，严格测试WC模型与真实系统。我们的研究结果提出了新的问题的微观物理增稠的单分散和多分散系统。
2019-11-26 cond-mat.soft
Shear thickening in concentrated suspensions: phenomenology, mechanisms, and relations to jamming
剪切增稠是一种非牛顿行为，其中剪切流体所需的应力随着剪切速率比线性增加得更快。许多颗粒的浓缩悬浮液表现出一种特别引人注目的形式，称为不连续剪切增稠（DST），其中应力随着剪切速率的增加而突然跳跃，并产生类似固体的行为。这种对施加的应力的反直觉反应的最著名的例子发生在玉米淀粉在水中的混合物中。在过去的几年里，这种剪切诱导的固体状行为与其他各种不寻常的流体现象一起，产生了相当大的兴趣，在物理学的密集包装悬浮液。本文讨论了剪切增稠体系的共同物理性质，描述剪切增稠的不同机理和模型，提出了这些机理的联系和推广，并提出了剪切增稠体系的一般相图。我们还讨论了最近的工作如何将剪切稠化的物理学与颗粒材料和堵塞系统的物理学联系起来。由于DST描述的模型，只需要简单的通用粒子之间的相互作用，我们概述了更广泛的背景下，其他集中的多粒子系统，如泡沫和乳液，并解释了为什么DST被限制到硬颗粒悬浮液的参数制度。最后，我们讨论了一些突出的问题和新出现的机会。
2013-07-01 cond-mat.soft
Transients in shear thickening suspensions: when hydrodynamics matters
本文通过粒子数值模拟研究了剪切增稠悬浮液在剪切阻塞下的瞬态膨胀动力学，发现应力水平保持有限且由粒子网络膨胀与Darcy回流耦合决定，系统应力差随系统尺寸呈二次标度，并提出连续介质模型定量预测应力水平，为局部剪切阻塞的不均匀流动建模提供了新方法。
2024-08-27 cond-mat.soft
Shear thickening of cornstarch suspensions
我们研究了玉米淀粉悬浮液的流变学，这是一种非布朗粒子系统，具有不连续的剪切增稠特性。使用磁共振成像（MRI），通过确定库埃特池中的局部速度分布和浓度来获得流动的局部特性。对于低转速，我们观察到剪切局部化的屈服应力流体的特性。当总剪切速率增加时，剪切区域的宽度增加。不连续的剪切增稠被发现设置在这个剪切本地化制度结束时，所有的流体被剪切：一个非流动区域的存在，因此，似乎防止或延迟剪切增稠。使用不同测量几何形状的宏观观察表明，剪切单元的间隙越小，剪切增稠开始的剪切速率越低。因此，我们提出，玉米淀粉悬浮液的不连续剪切增稠是一个后果的brachancy：下流系统试图扩张，而是经历了一个堵塞的过渡，因为它是有限的。这一命题是证实了一个独立的测量的膨胀的悬浮液作为一个函数的剪切速率。这也解释了MRI观察结果：当流动局部化时，非流动区域起着“粘性储库”的作用，允许材料在不堵塞的情况下被剪切。
2012-06-08 cond-mat.soft
Competing Time Scales Lead to Oscillations in Shear-Thickening Suspensions
竞争的时间尺度产生新奇。在这里，我们表明，由仪器惯性和剪切增稠悬浮液中颗粒间摩擦接触的形成所施加的时间尺度之间的耦合导致高度不对称的剪切速率振荡。通过改变两个时间尺度来调整振荡的存在的实验验证了我们的模型。所观察到的振荡提供了进入流动曲线的剪切堵塞部分的途径，这在常规流变仪中是被禁止的。此外，振荡频率允许我们量化颗粒接触的固有弛豫时间。快速接触网络动态耦合到一个较慢的系统变量应该是通用的稠密悬浮液流的许多其他领域，仪器惯性提供了一个典型的例子。
2019-07-22 cond-mat.soft
S-Shaped Flow Curves of Shear Thickening Suspensions: Direct Observation of Frictional Rheology
研究了简单球形颗粒浓悬浮液的流变行为。在受控应力下，该系统表现出S形流动曲线（应力与剪切速率），在低粘度牛顿制度和剪切增稠制度之间具有负斜率。在控制剪切速率下，观察到两种状态之间的不连续转变。用一种新的荧光探针进行的应力可视化实验表明，摩擦是剪切增稠的起源。应力可视化显示，如果施加介于高应力分支和低应力分支之间的应力，则系统中的应力保持均匀（无剪切带）。S形剪切增稠则是由于在增加应力时颗粒之间摩擦力网络的不连续形成。
2015-06-03 cond-mat.soft
Boundary compliance selects heterogeneous dynamics in shear-thickening suspensions
Changsha University of Science and Technology（长沙理工大学）；Xi'an Jiaotong University（西安交通大学）；Kyushu University（九州大学）
研究发现边界合规性影响剪切增稠悬浮液的流动行为，通过调节油粘度控制边界合规性，揭示了异质结构的寿命和形态选择机制，为理解剪切增稠、剪切阻塞和约束力学间的相互作用提供新见解。
2026-02-05 cond-mat.soft
Discontinuous shear thickening without inertia in dense non-Brownian suspensions
一个共识是，在稠密悬浮液中的不连续剪切增稠（DST）标志着从流动状态的过渡，其中颗粒保持良好的分离的润滑层，一个占主导地位的摩擦接触。我们在这里表明，合理的假设接触增殖预测两种不同类型的DST在惯性的情况下。第一种情况发生在密度高于摩擦颗粒的堵塞点时;在这里，增厚状态完全堵塞，并且（除非颗粒变形）不能在没有不均匀性或破裂的情况下流动。第二种状态显示应变率滞后，并在较低密度下出现，其中增厚相平滑流动。DST预计会出现时，有限范围的排斥推迟接触形成，直到超过一个特征应力水平。
2013-11-16 cond-mat.soft
The Role of Hydrogen Bridging Bonds in the Shear-Thickening and Jamming of Dense Suspensions
The University of Chicago（芝加哥大学）；Dankook University（檀国大学）；ExxonMobil Technology and Engineering Company（埃克森美孚技术与工程公司）
研究通过改变溶剂分子结构影响粒子-溶剂和溶剂-溶剂相互作用，揭示氢键对悬浮液剪切增稠和阻塞行为的调控作用。
2026-05-13 cond-mat.soft
Turning a yield-stress calcite suspension into a shear-thickening one by tuning inter-particle friction
我们表明，非布朗方解石颗粒在甘油-水混合物中的悬浮液可以连续地从屈服应力悬浮液调整到剪切增稠悬浮液-没有可测量的屈服应力-通过添加各种表面活性剂。我们解释我们的研究结果在最近的理论框架内，模型的流变学效应的应力依赖性约束粒子间的运动。裸方解石颗粒悬浮液被发现有有限的屈服应力。在这些悬浮液中，约束颗粒间滑动的摩擦接触在无限小的施加应力下形成并保持其后，而约束颗粒间旋转的粘合剂结合随着施加应力的增加而断裂。添加表面活性剂降低了这种悬浮液的屈服应力。我们表明，与向胶体悬浮液中添加表面活性剂的情况相反，非布朗悬浮液中的这种效应归因于形成摩擦接触的有限起始应力的出现。我们的数据表明，该起始应力的大小是由表面活性剂吸附到颗粒表面的强度设定的，因此，这构成了使用表面活性剂来调节由粘性非布朗颗粒的悬浮液组成的制剂的流变学的新的设计原理。
2020-07-10 cond-mat.soft
Localized Stress Fluctuations Drive Shear Thickening in Dense Suspensions
分散在牛顿流体中的固体颗粒的机械响应表现出广泛的非线性现象，包括粘度\cite{1-3}随着应力的增加而急剧增加。如果固相的体积分数是中等高的，悬浮液将经历连续剪切增稠（CST），其中悬浮液粘度随着施加的剪切应力平稳地增加;在更高的体积分数下，悬浮液可以显示不连续剪切增稠（DST），其中粘度在增加施加的应力时突然改变几个数量级。提出的模型来解释这种现象是基于两种不同类型的粒子相互作用，流体动力学\cite{2,4,5}和摩擦\cite{6-10}。在这两种情况下，体积粘度的增加归因于某种形式的局部聚集\cite{11,12}。然而，这些异质性的物理性质和动力学行为仍然不清楚。在这里，我们表明，连续的剪切增稠源于动态本地化定义良好的区域的颗粒具有高粘度，随着浓度迅速增加。此外，我们发现，这些区域的空间范围在很大程度上取决于剪切面之间的距离。我们的研究结果表明，连续剪切增稠产生越来越频繁的本地化的不连续过渡共存的低粘度和高粘度牛顿流体相之间。我们的研究结果提供了一个关键的物理联系之间的微观动力学过程，确定颗粒之间的相互作用和剪切增稠流体的体流变响应。
2017-02-08 cond-mat.soft
Shear thickening of suspensions of dimeric particles
本文采用数值模拟的方法研究了摩擦二聚体悬浮液的剪切增稠。我报告的剪切增稠的主要参数的演变，如堵塞体积分数在未加厚和加厚分支的流动曲线，作为二聚体的纵横比的函数。探索的纵横比范围从$1$（球体）到$2$（由两个接吻球体组成的二聚体）。我发现一个流变学定性类似于一个悬浮液的领域，除了第一法向应力差$N_1$，我系统地发现负的小非球面。我还调查了流动下的颗粒的取向顺序。总体而言，我发现，二聚体颗粒的稠密悬浮液具有许多功能，与干燥的粒状系统的剪切下的细长颗粒，特别是在大的施加应力的摩擦状态。对于在小应力的无摩擦状态，我发现，悬浮液堵塞在较低的体积分数比干系统，这种差异随着纵横比的增加而增加。此外，在这种状态下，我发现一个迄今为止未观察到的二聚体沿涡度方向对齐，而不是通常观察到的对齐方向接近流动方向。
2020-03-05 cond-mat.soft
Dynamics and memory of boundary stresses in discontinuous shear thickening suspensions during oscillatory shear
我们报告直接测量的空间分辨的表面应力的致密悬浮液在大振幅振荡剪切（LAOS）在不连续剪切增稠制度使用边界应力显微镜。与先前的研究一致，本体流变学显示出在频率依赖性临界应变以上的复数粘度的急剧增加。我们发现，粘度的增加是一致的，大的异质边界应力的出现，表明形成的瞬态固体状相（SLP）的空间尺度大的颗粒尺寸相比。SLP出现的临界应变在很大程度上取决于峰值振荡应力，其取决于峰值剪切速率和频率依赖性悬浮液粘度。SLP在每个周期中消散和重新形成，其空间模式在低频下变化很大，但在测量的最高频率（$ω= 10$ rad/sec）下非常持久。
2020-10-28 cond-mat.soft
Interaction network analysis in shear thickening suspensions
当固体填充分数$ϕ$增加到临界体积分数以上时，粘性液体中的致密、稳定、摩擦颗粒悬浮液经历越来越强的连续剪切增稠（CST），并且对于甚至更高的填充分数观察到不连续剪切增稠（DST）。最近的研究表明，随着应力的增加，剪切增稠与从主要润滑接触到主要摩擦接触的转变有关。研究了剪切增稠悬浮液的流变学和摩擦力网络。这些分析使用网络的拓扑结构的措施，包括持久同源性的工具。我们观察到，在低应力的摩擦相互作用网络主要是准线性沿压缩轴。随着应力的增加，力网络变得更加各向同性，除了链状结构之外还形成环。Betti数和总持久性的拓扑测度提供了一种描述摩擦力网络平均性质的紧凑方法，并提供了宏观流变学和微观相互作用之间的关键联系。总持久性措施描述的意义的循环的力量网络结构，作为应力和包装分数的函数，表现出类似的行为，相对粘度和显示的缩放比例的规律附近的干扰分数模拟的两个维度。
2019-03-20 cond-mat.soft
Acoustic modulation of shear thickening transition in dense adhesive suspensions
ENSL, CNRS, Laboratoire de Physique（法国国家科学研究中心里昂高等师范学院物理实验室）；Holcim Innovation Center（豪瑞创新中心）；Department of Polymer Engineering, IPC, University of Minho（米尼奥大学高分子工程系）
研究通过声学手段调控致密粘附悬浮液的剪切增稠转变，揭示声学作用通过改变剪切增稠阈值，使系统向更流体态连续演化，提出声学流体化机制。
2026-04-30 cond-mat.soft
Global topology of contact force networks: new insight into shear thickening suspensions
高度浓缩或“致密”的颗粒悬浮液在施加应力下可经历粘度的急剧增加或剪切增稠。了解导致稠密悬浮液中这种流变变化的基本特征对于优化流动条件或设计用于浆料加工的流动改性剂至关重要。虽然在施加的剪切下颗粒环境的局部变化可能与粘度的变化有关，但更广泛地需要将剪切增稠过渡与导致长程组织的颗粒相互作用力的基本组织联系起来。特别是，在高体积分数的颗粒，最近的证据表明接触颗粒之间的摩擦力是重要的。在此，摩擦接触力的网络内模拟的二维剪切增稠悬浮液进行了分析。研究了两种拓扑度量来表征接触力网络（CFN）在不同剪切应力下的响应。的度量，测地线指数和空隙参数，反映互补方面的CFN：一个是连通性的接触网络，第二个是分布的空间区域没有粒子-粒子接触。考虑到粘度的变化，拓扑度量表明，网络均匀地增长，在大尺度上，但与许多局部地区缺乏接触，清楚地表明应力链的增长中的作用，导致在剪切增稠过渡的流变学响应的大的变化。
2018-09-12 cond-mat.soft
Emergence of a hexagonal pattern in shear-thickening suspensions under orbital oscillations
本研究发现轨道振荡下的非布朗剪切增稠悬浮液会在频率阈值以上自组织形成六边形密度波图案，揭示了其源于颗粒平流与剪切增稠的耦合，且边界条件对扰动发展有关键作用。
2024-03-01 cond-mat.soft
Glass transitions and shear thickening suspension rheology
我们介绍了一类简单的模型剪切增稠和/或“堵塞”的胶体悬浮液。这些都是基于示意模式耦合理论（MCT）的玻璃化转变，具有记忆项，取决于密度变量，并在剪切应力和剪切速率。（为了简单起见，流变学的张量方面，例如法向应力，被忽略。我们计算了稳态流动曲线和关联函数。根据模型参数，我们发现了一系列的流变行为，包括“S形”的流动曲线，表明不连续的剪切增稠，和应力诱导的过渡从流体到一个nonergodic（堵塞）的状态，显示零流速在施加应力的间隔。剪切增稠和堵塞的情况下，我们探索出现广泛一致的致密胶体接近玻璃化转变的实验，尽管事实上，我们忽略了流体动力学相互作用。特别是，堵塞过渡，我们提出的概念是完全不同的各种流体动力学机制的剪切增稠在文献中，虽然后者可能仍然适用于较低的胶体密度。我们的堵塞状态是一个应力诱导的玻璃，但其非遍历性转变具有不同于传统的MCT玻璃化转变的分析结构。
2004-06-18 cond-mat.soft
Constraint ratio controls viscosity in shear thickening suspensions
University of Chicago（芝加哥大学）；Harvard University（哈佛大学）；Case Western Reserve University（凯斯西储大学）
研究通过约束比模型揭示剪切增稠悬浮液粘度增大的机制，利用接触力学与粒径 jamming 物理，提出约束比作为关键控制参数，实现流变数据统一建模。
2026-03-13 cond-mat.soft
Intermittent dilation and its coupling to stress in discontinuous shear thickening suspensions
本文研究了在不连续剪切增稠（DST）悬浮液中膨胀引起的表面变形，以确定DST中膨胀和应力之间的关系。在流变仪中的悬浮液表面上的两个观察点处拍摄视频，同时测量剪切应力和法向应力。当颗粒刺穿液体-空气界面时，观察到悬浮液的粗糙表面，对应于膨胀。膨胀事件被发现是间歇性的和本地化的空间。剪应力和正应力也在高应力状态和低应力状态之间波动，并且在高应力状态下经常观察到膨胀。另一方面，当应力保持在低值几秒钟时，观察到完全没有膨胀。当应力从低应力状态增长到高应力状态时，膨胀最显著，并且在应力增长期结束时，膨胀区域趋于跨越整个表面。只有在剪切增稠范围内和以上的应力和剪切速率下才发现膨胀。这些观察到的表面膨胀和应力之间的关系证实，膨胀和应力耦合在DST的高应力状态。
2020-04-29 cond-mat.soft
Hysteresis and Lubrication in Shear Thickening of Cornstarch Suspensions
玉米淀粉的水悬浮液和盐水悬浮液显示出显著的不连续剪切增稠。我们发现，当应变率降低时，整个剪切增稠的悬浮液可能保持在堵塞增稠状态，但不堵塞的锋面可能从任何不堵塞的区域传播。在应变速率低于增厚阈值时观察到瞬时剪切增厚，而在应变速率高于增厚阈值时，应力波动。堵塞的剪切增稠状态可以持续到低应变速率，应力类似于滑动摩擦，有效粘度与应变速率成反比。在增稠阈值处，流体压力使悬浮液的接触线在固体边界上脱钉，使得悬浮液滑动、剪切、膨胀和堵塞。在油悬浮液中，润滑和封闭表面的完全润湿消除了接触线力，并防止堵塞和剪切增稠，就像向盐水悬浮液中添加不混溶的液体表面活性剂一样。淀粉在甘油-水溶液中的悬浮液是粘性的，但不完全润湿，具有中间性质。
2014-05-28 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Discontinuous shear thickening of dense suspensions under confining pressure
我们使用二维数值模拟研究稠密悬浮液的非布朗硬颗粒使用临界负荷模型（CLM）在恒定的围压。这个简单的模型显示了不连续的剪切增稠（DST），因为切向力在剪切应力增加时被激活。通过参数化一个简单的二元系统的摩擦和非摩擦颗粒的不同比例，我们表明，堵塞包装分数，在粘度发散，控制摩擦接触的分数。因此，稠密悬浮液的粘度可以表示为摩擦接触分数以及固体颗粒的堆积分数的函数。此外，我们表明，摩擦接触的分数和两个控制参数（围压下）之间存在一个简单的关系：粘性数J和排斥力和围压之间的比率。在围压下的粘度曲线被发现依赖于剪切协议，与产生负的动态压缩性的可能性。
2017-01-24 cond-mat.soft
Shear thickening and jamming in densely packed suspensions of different particle shapes
我们研究了颗粒形状对密堆积悬浮液剪切增稠的影响。制造不同纵横比的杆和非凸钩形杆。粘度曲线和法向应力使用流变仪测量各种形状的填充分数。每种形状的悬浮液表现出定性相似的不连续剪切增稠。应力/剪切速率关系的对数斜率随着填充率的增加而急剧增加，并在取决于颗粒形状的临界填充率phi_c处发散。当填充率用φ c归一化时，不同凸形的粘度曲线对填充率的依赖性可以被瓦解。有趣的是，非凸形颗粒的粘度曲线不塌陷在与凸形颗粒相同的集合上，在更宽的填充分数范围内显示出强烈的剪切增稠。发现phi_c的值与堵塞转变处屈服应力的开始一致，表明堵塞转变也控制剪切稠化。屈服应力对应于悬浮液中的滞留空气，并且应力的规模可以归因于界面张力，由于堵塞的几何约束，界面张力在phi_c以上急剧增加。在剪切增稠和堵塞两种情况下，剪切应力与法向应力的关系都是线性的，表明剪切应力来自于摩擦。在零剪切速率的极限下，由于低于phi_c的液体的表面张力，法向应力将流变仪板拉在一起，但是由于高于phi_c的堵塞，法向应力将流变仪板推开。
2012-01-06 cond-mat.soft
The role of dilation and confining stresses in shear thickening of dense suspensions
许多密集堆积的悬浮体和胶体表现出称为不连续剪切增稠的行为，其中剪切应力随着剪切速率的增加而急剧且可逆地跳跃。我们对各种悬浮液进行了流变仪和视频显微镜测量，以确定这种行为的机制。剪切剖面和法向应力测量表明，在剪切增稠制度，应力是通过摩擦，而不是粘性相互作用，并得出令人惊讶的结论，应力和剪切速率之间的局部本构关系不一定是剪切增稠。如果悬浮颗粒足够重以沉降，我们发现剪切增稠的起始应力τ_min对应于来自颗粒堆积的重量的流体静压力，其中相邻颗粒开始相对于彼此剪切。在τ_min以上，看到膨胀导致颗粒穿透剪切样品的液体-空气界面。剪切增稠制度的上应力边界τ_max被示出为大致匹配的表面张力除以曲率半径的顺序上的颗粒尺寸的比率。这些结果表明，一个新的模型中，在剪切增稠制度的耗散增加来自摩擦应力，出现的膨胀是挫败的限制应力从表面张力在液体-空气界面。当悬浮液被固体壁限制并且没有液体-空气界面时，我们发现τ_max由阻碍膨胀的最顺应边界的刚度设定。这种流变学可以通过非局部本构关系来描述，其中应力和剪切速率之间的局部关系是剪切稀化，但是其中应力增加来自取决于全局膨胀的法向应力项。
2012-01-05 cond-mat.soft
An effective packing fraction for better resolution near the critical point of shear thickening suspensions
我们提出了一种技术，用于获得一个有效的包装分数的不连续剪切增稠悬浮液附近的临界点。它使用在临界点发散的可测量量--在这种情况下是不连续剪切稠化开始时剪切速率$\dotγ_c^{-1}$的倒数--作为填充分数$ϕ$的代表。通过对$\dotγ_c^{-1}(ϕ)$进行拟合，得到了玉米淀粉和水的有效堆积分数，并将其反演得到$ϕ_{eff}(\dotγ_c)$。我们进一步包括$\dotγ_c^{-1}$对流变仪间隙$d$的依赖性，以获得函数$ϕ_{eff}(\dotγ_c,d)$。该有效填充分数$ϕ_{eff}$在临界点附近具有比原始测量的填充分数$ϕ$好一个数量级的分辨率。此外，由临界堆积分数$ϕ_c$归一化的$ϕ_{eff}$可用于比较来自具有不同温度和湿度的不同实验室环境的玉米淀粉和水悬浮液的流变学数据。这种技术可以直接推广到提高分辨率在任何系统的发散量附近的临界点。
2018-11-20 cond-mat.soft
Mean-field microrheology of a very soft colloidal suspension: inertia induces shear-thickening
胶体悬浮液具有丰富的流变性，并且可以表现出剪切稀化以及剪切增稠。最近的数值模拟表明，剪切增稠可能归因于胶体的惯性，除了它们之间的流体动力学相互作用。在这里，我们考虑理想的极限的稠密浴软胶体以下的欠阻尼朗之万动力学。我们使用平均场方程的胶体密度得到的阻力的解析表达式所感受到的探针通过悬浮液在恒定速度拉动。我们的研究结果表明，惯性确实可以通过允许密度波传播通过悬浮液诱导剪切增稠。
2015-04-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Using Acoustic Perturbations to Dynamically Tune Shear Thickening in Colloidal Suspensions
工业过程中的胶体悬浮液通常表现出难以主动控制的剪切增稠。在这里，我们使用压电换能器施加声扰动，以动态调整剪切增稠制度中的悬浮液粘度。我们属性的减稠机制的剪切诱导力链的破坏，通过扰动是大的相对于颗粒粗糙度尺度。该技术可以适应各种流动几何形状的容易性使其成为主动控制悬浮液流动特性和研究系统动力学的有力工具。
2019-09-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Boundary conditions alter density and stress fluctuations in shear-thickening suspensions
本研究揭示了稠密悬浮液中DST的法向应力涨落与局部高密度区域形成的一一对应关系，发现边界条件显著改变涨落的时空尺度、发生频率R与强度Q，进而影响剪切下的应力响应。
2024-09-27 cond-mat.soft
Shear Thickening in Polymer Stabilized Colloidal Suspensions
本文采用作者提出的剪切增稠活化模型对空间稳定的胶体悬浮液进行了研究。当颗粒沿剪切悬浮液的压缩轴排列时，它们可以克服排斥相互作用并形成与剪切增稠相关的水簇。利用聚合物刷涂层和范德华吸引力的总相互作用潜力，活化模型的适用性示出的连续理论的有效范围内。为了与广泛的实验研究进行比较，其中一些参数是不可用的，剪切增稠的发生可以预测与模型参数的现实假设。
2012-07-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Constitutive model for time-dependent flows of shear-thickening suspensions
我们开发了一个张量本构模型的致密，剪切增稠颗粒悬浮液进行时间相关的流动。我们的模型结合了最近提出的演变方程的悬浮微观结构的速率无关的材料与以前开发的想法来解释剪切增稠的稳定流动，从而摩擦扩散之间的压缩接触在大颗粒应力。我们应用我们的模型剪切反转，并找到良好的定性协议与粒子级，离散元模拟的结果，我们也提出。
2020-07-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Shear-thickening of dense bidispersed suspensions
我们研究了不同的两个分散相的相对大小的致密的双分散悬浮液的流变行为。我们的分析的主要结果是，可以通过增加相的分散比来实现悬浮液的增强的流动性（降低的相对粘度）。我们解释所观察到的结果表明，大颗粒的存在下，增加了包装效率的悬浮液，导致减少的贡献的接触的整体粘度的悬浮液中的剪切增稠制度，即其中的接触是占主导地位的组件。
2023-02-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Shear thickening of cornstarch suspensions as a re-entrant jamming transition
我们研究了玉米淀粉悬浮液的流变学，玉米淀粉悬浮液是一种非布朗粒子的致密体系，具有剪切增稠性，即粘度随着剪切速率的增加而增加。使用MRI测速仪，我们表明，悬浮液具有屈服应力。从经典流变学可以得出，作为所施加应力的函数，悬浮液首先是固体（屈服应力），然后是液体，然后当其剪切增稠时再次是固体。发现增稠的起始剪切速率取决于测量几何形状：剪切单元的间隙越小，发生增稠的剪切速率越低。剪切增稠则可以解释为雷诺双折射的结果：在流动下的系统想要膨胀，但相反地经历了堵塞转变，因为它是受限的，如通过测量作为剪切速率的函数的悬浮液的膨胀所证实的。
2007-09-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Shear thickening in electrically stabilized non-aqueous colloidal suspensions
作者以前介绍了一个激活模型的电稳定胶体悬浮液中的剪切增稠的开始。它预测，剪切增稠发生时，沿压缩轴排列的颗粒在剪切悬浮液克服静电斥力在临界剪切应力，并被捕获在初级最小的DLVO相互作用势。与非水二氧化硅悬浮液的实验研究，由Maranzano和瓦格纳进行的比较，进行。对于理论适用范围内的粒子系统，实验数据和模型预测之间可以找到一个很好的吻合。
2012-07-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Disentangling microstructural elements of shear thickening suspensions via computer simulations of a minimal model
Georgetown University（乔治城大学）
研究通过2D模拟探讨了剪切增稠悬浮液的微结构变化，发现稳态流动中接触网络包含明显结构特征，增稠时应力波动非高斯分布与局部接触力分布的幂律尾部相关。
2026-04-13 cond-mat.soft
Hydrodynamic and contact contributions to shear thickening in colloidal suspensions
剪切增稠是悬浮液流动中的一种普遍现象，尽管持续的研究，仍然是许多争论的主题。长期以来的观点，剪切增稠是由于流体动力学集群已受到挑战，最近的理论和模拟表明，接触力占主导地位，不仅在不连续的，而且在连续剪切增稠。在这里，我们解决这一争议，使用剪切反转实验微米级的二氧化硅和乳胶胶体颗粒直接测量的流体动力学和接触力的贡献剪切增稠。我们发现，接触力占主导地位，甚至连续剪切增厚。计算机模拟表明，这些力很可能来自摩擦相互作用。
2015-09-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Shear thickening in granular suspensions: inter-particle friction and dynamically correlated clusters
我们考虑非布朗摩擦颗粒的浓悬浮液的剪切流变学。我们的研究的关键结果是出现了一个明显的剪切增稠制度，无摩擦的颗粒通常会经历剪切稀化。我们澄清，在我们的模拟剪切增稠是由于增强能量耗散通过摩擦颗粒间的力量。此外，我们的证据形成的动态相关的颗粒簇的大小$ξ$，这有助于通过增加\emph{viscous}耗散的剪切增稠。标度参数给出了$η\sim ξ^2$，它与数据非常吻合。
2013-11-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
$K$-core analysis of shear-thickening suspensions
悬浮液的剪切增稠研究了离散粒子模拟，占流体动力学，排斥力和接触力。当施加的剪切应力$σ$能够克服排斥力时，包括摩擦力在内的接触力被激活。模拟方法捕获强连续和不连续的剪切增稠（CST和DST）的固体体积分数$0.54 \le ϕ\le 0.56$的范围内研究这里。这项工作提出了接触力网络的特点，在剪切下的悬浮开发。每个颗粒的摩擦接触$Z$的数量示出有一个一对一的关系与悬浮应力，和摩擦接触的简单渗流的条件被发现偏离强烈的随机网络模型。的应力被证明具有重要的相关性与拓扑不变度量的接触网络称为$k$ -核心;的$k$ -核心是最大的子图（“集群”），其中所有成员粒子有$k$或更多的摩擦接触到其他成员的同一子图。在固体体积分数为$ϕ\le 0.56$的情况下，本研究中仅发现了$k\le 3$。悬浮液的流变性和$k$ -核心之间的独特的关系被发现。一个是应力敏感性，定义为$\partial σ/\partial \dotγ$，其中$\dotγ$是剪切速率，被发现在$3$ -核心的起始条件下达到峰值，无论该系统是否表现出CST或DST。第二，在DST开始时，不同$k$的核内的每个颗粒的应力随着$k$的增加而急剧增加;在CST中，差异是轻微的。
2021-08-16 cond-mat.soft
Prediction of shear-thickening of particle suspensions in viscoelastic fluids by direct numerical simulation
为了阐明定量预测粘弹性流体中悬浮液剪切增稠的关键因素，采用光滑剖面法对多模式Oldrophil-B流体中的多颗粒悬浮液进行了直接数值模拟。在周期性边界条件下，利用颗粒动力学的Lees-Edwards边界条件和流体动力学的随平均剪切流演化的时间相关斜坐标系，求解了简单剪切流下的悬浮流。半稀释的多颗粒悬浮液的颗粒体积分数为0.1进行了研究。关于剪切增稠行为的体相流变特性的数值结果同意定量与最近的实验结果的半稀悬浮液中的博格流体。研究结果表明，在剪切增稠开始的剪切速率范围内，准确估计基质的第一法向应力差，对于用Oldrophil-B模型定量预测在Weissenberg数$\rm{Wi}=1$附近的Boger流体基质中的悬浮剪切增稠是至关重要的。此外，悬浮液的微观结构对悬浮液粘度的影响进行了检查。最后讨论了流动模式和弹性应力发展随体积分数和Weissenberg数的变化规律。
2021-09-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Kinetic theory of discontinuous shear thickening of a moderately dense inertial suspension of frictionless soft particles
本文通过动理学理论证明中等密度无摩擦软颗粒惯性悬浮液中可发生不连续剪切增稠，并将其视为点燃-淬灭转变，理论结果在宽体积分数范围内与Langevin模拟一致。
2025-01-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Unraveling the Role of Frictional Contacts and Particle Orientational Order During Shear-thickening in Suspensions of Colloidal Rods
现在有令人信服的证据表明，颗粒间的摩擦接触是必不可少的观察剪切稠化的浓缩悬浮液的紧凑的颗粒。虽然这激发了许多策略来定制这些系统中的流变学，但在更一般的情况下，即各向异性颗粒的悬浮液，剪切增稠的机制仍然不清楚。在这里，通过同时测量的体积粘度和第一法向应力差，我们表明，强剪切增稠的悬浮液中的胶体棒是伴随着大的正向应力，表明形成一个系统跨越摩擦接触网络。我们还发现，在剪切增稠制度的流动是不稳定的，并表现出相当丰富的时间依赖性。通过进行单粒子分辨共聚焦流变学测量，我们提供了令人信服的证据表明，这种流变学的混乱产生于强耦合之间的强加的流量和颗粒取向顺序。基于这些观察结果，我们设计了具有温度可调摩擦学特性的胶体棒，并证明了实现悬浮液流变学原位控制的可行性。这些研究结果表明，取向秩序和摩擦相互作用之间的相互作用起着至关重要的作用，在稠密的悬浮液的胶体棒的剪切增稠。
2019-06-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The effect of rolling friction on the rheology and kinematics of shear-thickening dense suspensions
KTH – Royal Institute of Technology（皇家理工学院）；Politecnico di Torino（都灵理工大学）；Lund University（隆德大学）
本研究通过二维离散元模拟发现，滚动摩擦通过降低堵塞堆积分数将连续剪切增稠转变为不连续剪切增稠，并揭示了其对颗粒转动运动学的独特影响。
2026-09-21 cond-mat.soft
Two-Step Discontinuous Shear Thickening of Dilute Inertial Suspensions Having Soft-Core Potential
对具有软核势的稀惯性悬浮系统的动力学理论进行了理论研究。通过对散射过程的分析，得到了散射角的解析表达式。我们推导出粘度与剪切速率之间的流动曲线，当我们改变颗粒的柔软度时，该曲线显示出两步不连续的剪切增稠。分子动力学模拟表明，理论结果与数值结果是一致的。
2020-10-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
