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
Elementary processes in dilatational plasticity of glasses
针对玻璃材料膨胀塑性研究不足的问题，通过模拟揭示塑性失稳兼具膨胀与剪切分量，阐明其影响因素与基本性质，为大尺度集体现象研究奠定基础并发现空化前的模量软化现象。
2024-05-15 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Fluctuations, Correlation and Representative Elementary Volume (REV) in Granular Materials
一般来说，颗粒物质的力学是使用连续介质力学方法描述的;这需要引入应力和应变的概念，它们是平均量，因此还需要引入代表性基本体积（REV）的概念，高于REV的平均量具有一些物理意义。由于颗粒物质中的局部量在空间上波动，应力和应变的局部测量也会表现出波动，其典型幅度取决于采样大小L。本文对这一问题进行了讨论，并分析了产生大尺度相关的原因.本文计算了尺寸为L*L的平面上的平均应力s，并求出了当局部力不相关时的应力波动幅度Ds，发现Ds/s与1/L成比例。它还表明，大规模的波动应力总是可以解释为一个不均匀的应力场和静力平衡修改的平均应力施加到杆（在2D），即使它不扰动的接触力分布。将最后的结果与实验进行比较，实验表明每个杆的触点数量N（在2d中）为2<N<3。Pacs编号：5.40 ; 45.70 ; 62.20 ; 83.70.Fn
2005-06-15 cond-mat.soft
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
Elementary Excitation Modes in a Granular Glass above Jamming
在堵塞，玻璃状区域的颗粒状介质的动态描述的“模式”，通过应用主成分分析（PCA）的协方差矩阵的单个颗粒的位置。我们首先证明，这种描述是合理的，并给出合理的结果，在一个政权的时间/密度，使一个亚稳态可以观察到足够长的时间尺度上定义的参考配置。对于足够小的时间/系统大小，或在足够高的包装分数，协方差矩阵的频谱特性揭示了大的，集体波动模式，不能解释的随机矩阵基准，这些相关性被丢弃。然后，我们提出了第一次尝试找到一个链接的协方差矩阵的最软模式在一定的“安静”的时间间隔和空间结构的重排事件，结束这一安静的时期。在这些裂纹的运动确实是很好地解释了软模式的动态裂纹前，但之前的“安静”时期的裂纹数量大大减少时，系统unjams，质疑的相关性的描述模式接近堵塞过渡，至少对于摩擦颗粒。
2010-03-07 cond-mat.soft
Onset and impact of plastic deformation in granular compaction
本文通过粘结粒子模型模拟研究颗粒高压压实中塑性变形的作用，发现不同塑性起始应变下的压力变化数据可塌缩，表明简单数学描述可刻画塑性对压实的影响。
2024-10-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Effect of adhesive interaction on strain stiffening and dissipation in granular gels undergoing yielding
无序固体中的应力诱导屈服/流化，其特征在于不可逆性和增强的耗散，对于广泛的工业和地质过程是重要的。虽然，在热系统中的这种现象已被广泛研究，他们仍然知之甚少颗粒固体。在这里，使用振荡剪切流变学和原位光学成像，我们研究能量耗散在一个致密的颗粒悬浮液中的粘合剂颗粒，形成屈服应力固体远低于各向同性干扰点中获得的硬球排斥的限制。我们发现有趣的非线性流动制度，包括周期内的应变硬化和塑性，强烈依赖于所施加的应变幅度（$γ_0$）和颗粒体积分数（$ϕ$）。我们证明，这种非线性在整个参数范围内可以有效地捕获的归一化能量耗散（$E_N$）的无量纲变量。此外，原位光学成像揭示了与局部速度的时空波动相关的不可逆粒子重排，其性质在整个屈服过渡中变化惊人。通过直接测量的临界堵塞包装分数使用颗粒沉降实验，我们提出了一个详细的相图，揭示了颗粒间的相互作用，在控制系统的流动特性的广泛的$γ_0$和$ϕ$值的作用。
2022-02-23 cond-mat.soft
Yielding and plasticity in amorphous solids
本文从统计力学视角综述了非晶态固体在小变形、屈服转变及堵塞转变附近的力学行为，并拓展到致密生物与活性材料流变学研究。
2024-01-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Why Granular Media Are Thermal, and Quite Normal, After All
存在两种方法来解释颗粒动力学：无热的一种将颗粒视为基本的，热的一种考虑包括微观自由度（如声子和电子）的总熵。离散元法（DEM）、颗粒动力学理论和无热统计力学（ASM）属于第一类，颗粒流体力学（GSH）属于第二类。讨论两者之间的概念差异在这里，导致，除其他外，以下见解：（1）虽然DEM和颗粒动力学理论是很好的理由，把粮食作为非热的，任何熵的考虑是不太可能成功。(2)除了将颗粒建模为耗散的、刚性质点的气体之外，将颗粒视为已被切片和切块的热固体是非常有帮助的。(3)在颗粒介质中出现无效的一般原则被修复，一旦真正的熵被包括在内。这些反常现象（如涨落耗散定理的无效性、颗粒温度不能达到平衡、静止的颗粒不能探索相空间）是无热近似的结果，而不是颗粒介质的性质。
2022-08-21 cond-mat.soft
Inter-particle adhesion induced strong mechanical memory in a dense granular suspension
重复/循环剪切可将非晶态固体驱动到对所施加的应变振幅的记忆进行编码的稳态。然而，最近的实验发现，这种记忆形成对块体材料的机械性能的影响是相当弱的。在这里，我们研究的记忆效应在屈服应力固体形成的玉米淀粉颗粒在石蜡油中的稠密悬浮液。在循环剪切作用下，系统向稳态演化，表现出训练诱导的应变刚化和塑性。读数显示，该系统编码的训练振幅的强记忆，如所示的一个大的变化，在微分剪切模量。我们观察到，记忆可以被编码为一个广泛的训练幅度以上和以下的屈服，虽然，记忆的强度随着训练幅度的增加而下降。原位边界成像显示应变局部化接近剪切边界，而大部分样品像固体塞一样移动。在稳态下，<v>当应变接近训练振幅时，类固体区域内的平均粒子速度（）相对于移动板减慢，然而，当读出应变穿过振幅时，<v>突然增加。我们证明，颗粒间的粘附相互作用是至关重要的，这样一个强大的记忆效应。有趣的是，我们的系统也可以记住一个以上的输入，只有在最后应用具有较小幅度的训练应变。
2022-06-25 cond-mat.soft
Granular structure and heterogeneous deformation preceding avalanches
Navier, CNRS, Univ Gustave Eiffel, ENPC, Institut Polytechnique de Paris（纳维埃实验室，法国国家科学研究中心，巴黎-沙隆恩斯特·盖非尔大学，国立桥梁与道路学校，巴黎理工学院）
本研究通过实验揭示颗粒堆积雪崩前的前兆活动受制备结构与加载方向兼容性影响，但位移衰减和应变标度等空间特征保持稳健，并基于两态模型量化了局部异质性的影响。
2026-09-21 cond-mat.soft
Deformation-Driven Diffusion and Plastic Flow in Two-Dimensional Amorphous Granular Pillars
我们报告了一个结合实验和模拟研究的变形引起的扩散在压实的二维非晶颗粒柱，其中热波动起着微不足道的作用。支柱，由直立在基板上的双分散圆柱形缩醛塑料颗粒组成，通过以恒定速度移动的刚性杆单轴和准静态地变形。柱中的塑性流动和颗粒重排的特征在于通过计算与两个变形阶段之间的每个颗粒相关联的最佳拟合仿射变换应变和非仿射位移。非仿射位移表现出指数交叉从弹道扩散行为的累积偏应变，表明在非热颗粒填料，累积偏应变在热系统中起着时间的作用，并驱动有效的颗粒扩散。通过数值模拟进一步研究了颗粒柱的尺寸效应，发现不同尺寸的颗粒柱在变形过程中遵循自相似的形状演化规律。此外，柱的屈服应力随柱尺寸线性增加。在变形过程中形成的瞬态剪切线的支柱变得更加明显的支柱尺寸的增加。这些基本剪切带的宽度约为颗粒直径的两倍，并且不随柱尺寸而变化。
2015-02-04 cond-mat.soft
Pore-scale simulations of drainage in granular materials: finite size effects and the representative elementary volume
本文提出了一个适用于多分散球密相填充中两相流动的孔隙尺度模型。该模型被开发为一个更一般的流体力学耦合框架的一个组成部分，基于离散元法，这将在未来的论文中阐述。在这里，重点是生成一个网络的孔隙映射球形颗粒之间的空隙空间，并定义当地的标准，管理的主要排水过程。利用正三角剖分法对孔隙空间进行了分解，识别出一组由喉道连通的孔隙。基于平衡时毛细管压力和表面张力的平衡，对每个喉道的局部入口毛细管压力进行评估。该模型反映了可能的截留断开补丁的后退润湿相。通过与排水试验的对比验证了该方法的有效性。一系列的模拟报告，以说明尺寸和边界效应，关键问题时，研究小样本的球形颗粒无论是在模拟或实验。对不同大小的样本进行重复测试，得到的含水量演变不仅分散，而且对小样本量有很强的偏倚。需要超过20，000个球体来将饱和度偏差降低到0.02以下。通过对64，000个球体的大样本进行二次采样来生成其他统计数据。他们认为，用于评价饱和度的最小取样体积是以相同精度测量孔隙度所需取样体积的一百倍。这一要求在样本量方面引起了对高效计算机代码的需求。本文所述的方法具有低算法复杂度以满足该要求。它将非常适合于进一步发展的耦合流动变形问题，其中的微观结构的演变需要频繁更新的孔隙网络。
2016-01-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Grain fragmentation in sheared granular flow: weakening effects, energy dissipation, and strain localization
我们描述的剪切流动的无序颗粒状材料中存在的晶粒断裂使用的剪切转换区（STZ）理论的非晶塑性适应系统与硬核颗粒间的相互作用。为此，我们开发的运动方程为这个系统在一个类似于分子玻璃的分析中使用的热力学框架。对于硬核系统，内部的构型无序的量由致密性$X = \partial V / \partial S_C$表征，其中$V$和$S_C$分别是体积和构型熵。基于断裂力学，用特征晶粒尺寸$a$随时间演变的本构方程描述晶粒破碎。我们表明，晶粒破碎是一种弱化机制，显着降低在大应变率的流动应力，如果材料是率强化的字符。此外，我们还表明，如果颗粒状材料是足够的年龄，空间不均匀性的配置混乱的结果在应变局部化。我们还表明，晶粒分裂在小的剪切应变下的粉碎显着，而晶粒磨损成为主导在大的剪切位移。
2014-02-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Statistical admissibility and long-wavelength structural convergence determine representative support in granular materials
King Fahd University of Petroleum and Minerals（国王法赫德国王石油与矿产大学）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Università degli Studi di Milano-Bicocca（米兰比可卡大学）
提出一种基于图像的工作流程，通过平稳性约束和持久均值-谱准则确定代表性体积单元尺寸，并应用于沙丘砂微结构图像。
2026-06-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Shear-induced mixing of granular materials featuring broad granule size distributions
采用离散元方法研究了剪切诱导混合过程中的颗粒流动。我们的目的是要了解的基本机制的过渡从未混合到混合相的颗粒状材料具有广泛的颗粒分布，我们系统地研究通过改变应变速率和系统的大小。在这里，应变速率变化超过四个数量级，系统尺寸从一万到一百多万个颗粒不等。从准静态到纯惯性流的应变率相关的过渡观察。在宏观尺度上，接触应力下降，由于剪切诱导的不稳定性，作为一个发病的颗粒流和启动颗粒之间的混合的形成。应力降显示出深刻的系统尺寸依赖性。在颗粒尺度上，混合动力学与剪切带的形成相关，这导致混合的时间尺度显著不同，特别是对于那些靠近系统壁和本体的区域。总的来说，我们的研究结果表明，虽然瞬态动力学显示一个通用的行为，这些有一个显着的有限尺寸效应。相比之下，宏观行为在稳定状态下，可以忽略不计的系统尺寸的依赖性。
2022-02-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Emergent Strain-Stiffening in Interlocked Granular Chains
颗粒链填料表现出惊人的紧急应变硬化行为，尽管个别松散的本构链。使用这样的组件上的压痕实验，我们测量的集体阻力$F$的压痕深度$z$的指数增加，并与每链的珠的数量$\mathcal{N}$的平方根。这两个观察结果分别让人想起绞盘或交错书籍中摩擦力的自放大，以及聚合物物理学。基于这两种成分的新模型很好地捕获了实验数据。具体地说，阻力被发现根据通用关系：$\log F \sim μ\sqrt{\mathcal{N}} Φ^{11/8}z/ b $，其中$μ$是两个基本珠之间的摩擦系数，$b$是它们的大小，和$Φ$是链珠的体积分数时，在周围介质中的未连接的珠半稀释。我们的研究表明，通常局限于分子水平的高分子物理领域的理论可以用来解释宏观水平的现象。这类系统可以研究复杂组件中的摩擦，对新材料的设计，纺织工业和生物学具有实际意义。
2017-12-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Macroscopic Continuous Approach versus Discrete Approach, Fluctuations, criticality and SOC. A state of the question based on articles in Powders & Grains 2001
颗粒介质力学的宏观连续方法假设整个离散变量系统（接触位置，接触力，.）可以用在宏观尺度上与应力和应变有关的连续场方程来代替。相反，最近的方法质疑这种有效性的基础上，微观研究表明存在大波动的力量，链的力量，.本文试图建立这个问题的状态，使用最近的工作报道在粉末和谷物2001年，研究了微观变量，他们的波动和他们的演变。本文表明，这些结果验证了宏观方法，尽管存在这些波动。结果表明，除个别特殊情况外，在大多数情况下，代表性单元体积的颗粒数很少。Pacs编号：5.40 ; 45.70 ; 62.20 ; 83.70.Fn
2005-06-21 cond-mat.soft
