Order in disordered packings with and without permutation symmetry
本文研究了无序固体堆积中盆地体积分布的规律性，发现单分散系统存在P(n)∝n^{-1}的有序性及置换对称性，并提出算法部分恢复多分散堆积中被破坏的对称性。
2024-03-23 cond-mat.soft
Denser-than-crystalline disordered polydisperse ellipse packings
University of South Florida（南佛罗里达大学）；Princeton University（普林斯顿大学）
本研究通过SWAP蒙特卡罗方法生成无序多分散椭圆堆积，发现特定参数下的此类堆积比完美单分散椭圆晶体更致密，为各向异性粒子的致密无序堆积研究提供了新结果。
2026-10-16 cond-mat.soft
Contact network changes in ordered and disordered disk packings
研究了纯排斥无摩擦圆盘填充对准静态变形的力学响应。变形包括简单的剪切应变在恒定的填充分数和在恒定的压力下，“多分散性”的应变（其中我们改变颗粒尺寸分布）在恒定的填充分数和在恒定的压力下，和各向同性压缩。对于每种变形，我们表明颗粒间接触网络中存在两类变化：跳跃变化和点变化。当接触网络变得机械不稳定时，发生跳跃变化，颗粒“重新排列”，并且势能（当应变以恒定填充分数施加时）或焓（当应变以恒定压力施加时）以及所有导数都是不连续的。在点更改期间，单个接触将添加到接触网络或从接触网络中删除。对于排斥性线性弹簧相互作用，势能/焓的二阶和高阶导数在点变化处是不连续的，而对于赫兹相互作用，势能/焓的三阶和高阶导数是不连续的。我们说明了点的变化的重要性，通过研究从六方晶体到无序晶体施加多分散性应变引起的过渡。在此过渡期间，系统只经历点变化，没有跳跃变化。我们强调，必须了解点的变化，以及跳跃的变化，预测堵塞填料的机械性能。
2020-08-05 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
The emergence of Airy stress function in two-dimensional disordered packings of particles
本研究针对二维无序接触颗粒堆积，构建应力概率泛函并推导出张量分量的完整方程组，揭示了Airy应力函数的涌现。
2022-12-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
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
Emergence of zero modes in disordered solids under periodic tiling
在具有周期性边界条件的颗粒堆积的计算模型中，假设堆积在所有可能的方向上都与其自身的精确副本相连。边界的周期性要求所有粒子的图像一起移动。另一方面，无限重复的结构不一定有这种约束。因此，在周期性边界条件下的堵塞填充（或刚性弹性网络）可以具有对应的无限重复的晶格表示，其不是刚性的，或者甚至可能不在局部能量最小值处。在这篇手稿中，我们证明了这一说法，并讨论了周期性边界条件成功捕获重复结构物理学的方法以及它们的不足之处。
2022-09-04 cond-mat.soft
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
Methodology to Construct Large Realizations of Perfectly Hyperuniform Disordered Packings
无序超均匀堆积是两相材料中一种特殊的非晶态，具有奇异的物理性质。与普通无序材料相比，这种超均匀系统的特征在于在无限长波长处体积分数波动的异常抑制。虽然人们对非晶物质的这种奇异状态越来越感兴趣，但由于传统方法的实际限制，一个主要障碍是无法产生大的超均匀样品。为了克服这些限制，我们引入了一个一般的理论方法来构造完美的超均匀填充在$d$维欧氏空间。具体地，从满足“有界单元”条件的空间的初始一般镶嵌开始，将硬颗粒放置在每个单元内，使得单元内的填充分数变得与全局填充分数相同。我们证明了所构造的填充是完全超均匀的无限样本大小的限制和他们的超均匀性是独立的颗粒的形状，位置和数量每个细胞。我们采用两种不同类型的初始镶嵌：Voronoi以及球体镶嵌。从Voronoi曲面开始，我们证明了我们的算法可以将$\mathbb{R}^2$和$\mathbb{R}^3$中的极大非超均匀填充转化为超均匀填充.实施我们的理论方法球镶嵌，我们建立了超均匀的经典Hashin-Shtrikman多尺度涂层球结构，具有最佳的有效传输和弹性性能。此外，我们的方法的可调谐性提供了新的无序超均匀两相材料的发现的希望。
2019-06-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Elegance of disordered granular packings: a validation of Edwards' hypothesis
我们已经找到了一种方法来分析爱德华兹的静态颗粒填料的状态密度在圆形，刚性，无摩擦颗粒的特殊情况下，假设恒定的配位数。它获得了最熵密度的单颗粒状态，它预测了几个可观的，包括接触力的分布。我们将这些结果与颗粒填料动态模拟中获得的经验数据进行比较。该协议是相当不错的，帮助验证使用统计力学方法在颗粒物理。理论和物理学之间的差异主要与配位数有关，当经验数据按配位数排序时，我们得到了一些见解，这些见解表明了态密度的潜在优雅。
2005-04-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Disordered surface vibrations in jammed sphere packings
本文研究了由球填充引起的无序弹簧网络在自由表面附近的振动特性。在没有表面的块体系统中，很好地理解，这种系统具有向下延伸到频率标度$ω^*$的振动模式密度的平台。该频率由$ΔZ = \langle Z \rangle - 2d$控制，$ΔZ = \langle Z \rangle - 2d$是球体的平均坐标与系统的两倍空间维度$d$之间的差，其在干扰转变时消失。在自由表面的存在下，我们发现，有一个密度的无序振动模式与表面，远远低于$ω^*$延伸。这些低频表面模式的总数由$ΔZ$控制，并且它们衰减到体中的轮廓具有两个特征长度尺度，当接近干扰转变时，其发散为$ΔZ^{-1/2}$和$ΔZ^{-1}$。
2014-12-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hard convex lens-shaped particles: Characterization of dense disordered packings
在硬凸透镜形颗粒（透镜）族中，纵横比等于2/3的颗粒是“最佳的”，因为这种透镜的最大随机堵塞（MRJ）填充实现了最高的填充分数$ϕ_{\rm MRJ} \simeq 0.73$。该值仅比$ϕ_{\rm DKP} = 0.76210\dots$低几个百分点，$ϕ_{\rm DKP} = 0.76210\dots$是相应的已知密度最大的结晶（简并）堆积的堆积分数。通过利用明显减少的倾向，这样的最佳透镜系统的位置和取向顺序，无序的包装，他们逐步产生的基于蒙特卡罗方法的程序从稀平衡各向同性流体相的致密的非平衡MRJ状态。这使得人们可以密切监测这些填料的（微）结构如何在MRJ状态形成过程中发生变化。计算的许多结构描述符所经历的逐渐变化可以连贯一致地追溯到硬颗粒之间的接触逐渐增加，直到在有效超均匀MRJ状态下达到每个透镜10个接触邻居的均衡平均值。与硬球的MRJ状态相比，这种最佳透镜的MRJ状态更致密（多孔性更小），更无序，并且无振动。这一系列特性使它们成为良好的玻璃形成剂。这一结论可能也适用于具有相应类似纵横比的其他硬凸单轴颗粒，无论它们是扁的还是长的，并且通过使用它们的合适的双轴变体，该组特性可能进一步改善。
2019-09-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Pressure-dependent shear response of jammed packings of spherical particles
纯排斥性球形颗粒填充物对非热、准静态简单剪切的机械响应在堵塞开始时是高度非线性的。先前的研究表明，在小压力$p$下，整体平均静态剪切模量$\langle G-G_0 \rangle$与$p^α$成比例，其中$α\approx 1$，但高于特征压力$p^{**}$，$\langle G-G_0 \rangle \sim p^β$，其中$β\approx 0.5$。然而，我们发现，剪切模量$G^i$为一个单独的包装通常线性下降与$p$沿几何家庭的接触网络不改变。我们解决了这种差异表明，虽然剪切模量线性下降的几何家庭内，$\langle G \rangle$也取决于从不连续的跳跃在$\langle G \rangle$发生在几何家庭之间的过渡的贡献。对于$p > p^{**}$，几何家族和重排对$\langle G \rangle$的贡献具有相反的符号，并且对于所有系统尺寸保持相当。$\langle G \rangle$可以通过在两个幂律指数$α$和$β$之间平滑过渡的缩放函数来描述。我们还演示了{ \it压缩unjamming}的现象，其中堵塞的包装可以通过各向同性压缩unjamming。
2019-08-26 cond-mat.soft
Vibrational similarities in jamming-unjamming of polycrystalline and disordered granular packings
通过离散元模拟发现，多晶与无序颗粒堆积体在堵塞-去堵塞循环中低频振动指数变化不同，但距堵塞密度相同距离处指数与历史无关，表明振动特征可恢复。
2025-06-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Geometrical families of mechanically stable granular packings
我们列举和分类几乎所有可能的机械稳定（MS）包装的bidipserse混合物的无摩擦磁盘在小剪切系统。我们发现，MS包装形成连续的几何家庭，其中每个家庭是由其特定的网络的颗粒接触。我们还监测MS包装沿几何家庭的动态应用准静态简单的剪切应变在零压力。对于少量的粒子（N < 16），我们发现动力学是确定性的和高度收缩的。也就是说，如果系统在给定的剪切应变下以MS填充初始化，则它将在随后的剪切应变下快速锁定到周期性轨道中，并且因此仅对处于稳定状态的可能MS填充的非常小的部分进行采样。在N>16的研究中，我们观察到周期的增加和由位形空间中的分叉引起的轨迹的随机分裂。我们认为，在大系统中的分裂和收缩率的比例将决定的MS-包装几何家庭的分布在稳态访问。这项工作是我们长期研究计划的一部分，开发一个主方程形式主义来描述宏观缓慢驱动的颗粒系统的小子系统的集合。
2009-09-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hyperuniform Jammed Sphere Packings Have Anomalous Material Properties
空间分布是超均匀的，如果它有局部密度波动，消失在长尺度的限制。超均匀性是晶体和准晶的一个众所周知的性质。然而，最近的兴趣是无序的超均匀性：没有长程构型秩序的超均匀标度的存在。堵塞颗粒填料已被提出作为无序超均匀性的一个例子，但最近的数值研究表明，许多堵塞系统，而不是表现出一组复杂的独特的行为在长，紧急的长度尺度。我们使用的Voronoi镶嵌作为一种工具来定义一组的重新缩放变换，可以施加超均匀性的任意加权点的过程中，并表明，这些变换可以用于模拟迭代生成超均匀的，机械稳定的包装的无热软球。这些超均匀堵塞包装显示非典型的机械性能，特别是在低频声子激发，表现出高度集体模式的孤立带和零频率附近的带隙。
2022-01-14 cond-mat.soft
Structural analysis of disordered dimer packings
堵塞无序包装的非球形颗粒显示出显着的变化，作为一个函数的颗粒形状的包装密度为一个给定的包装协议。旋转对称的细长形状，例如椭圆体、球柱体和二聚体，例如，在窄的纵横比范围内，堆积比球体显著致密，在纵横比为$α_{\rm max}\approx 1.4-1.5$时表现出特征峰。然而，这种非单调行为的基础上的结构特征的堆积密度是未知的。在这里，我们研究无序包装的无摩擦二聚体在三维产生的重力倾倒协议LAMMPS。专注于接触的特性以及取向和平移顺序度量，我们确定了一些结构特征，伴随着形成最大密度的包装作为二聚体纵横比$α$是不同的球形极限。我们的研究结果强调，二聚体包装进行显着的结构变化，$α$增加到$α_{\rm max}$表现在相邻的二聚体之间的接触配置的重组，增加的顺序，并减少当地的翻译顺序。值得注意的是，对于$α>α_{\rm max}$，我们的指标基本上保持不变，表明堆积密度的峰值与$α<α_{\rm max}$的结构重排的相互作用有关，并且随后排除了$α>α_{\rm max}$结构不变的体积效应。
2021-11-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Diffusive transport of light in a two-dimensional disordered packing of disks: Analytical approach to transport-mean-free path
我们研究光子在二维随机堆积的单分散磁盘作为一个简单的模型，粒状介质和湿泡沫的扩散。我们假设圆盘的强度反射率是一个常数。我们提出了一个解析表达式的传输平均自由程的光的速度在磁盘和主机介质，半径和磁盘的包装分数，和强度反射率。对于浸在空气或水中的玻璃珠，我们估计的平均自由程约为实验的一半。对于浸泡在水中的气泡，输运平均自由程是模型湿泡沫中液体体积分数的反函数。这抛出新的光的经验法则维拉等。al，并促进更现实的模型。
2008-09-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Origin of Non-cubic Scaling Law in Disordered Granular Packing
最近的金属玻璃衍射实验揭示了密度与平均原子间距之间的非立方标度律，这导致了对分形玻璃有序存在的猜测。使用X射线层析成像，我们在这里确定了一个类似的非立方标度律在无序颗粒堆积的球形颗粒。我们发现标度律与第一近邻壳层内的接触近邻直接相关，因此与干扰现象密切相关。由于接触数在6左右的均衡条件，出现了看似普适的标度指数2.5，我们认为该指数不应该是普适的。
2017-05-19 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Generating ultradense jammed ellipse packings using biased SWAP
本文提出结合偏置SWAP蒙特卡洛与瞬态自由度的生长算法，生成超密无序椭圆堵塞堆积，发现其具有更低密度涨落和更强局部向列序，并揭示了不同长宽比下分馏结构的定性差异。
2024-09-28 cond-mat.soft
Static Structural Signatures of Nearly Jammed Disordered and Ordered Hard-Sphere Packings: Direct Correlation Function
已知在硬粒子系统中，动态特征先于干扰，但静态结构特征已被证明更加难以捉摸。压缩硬颗粒填料对堵塞造成日益增长的超均匀性的观察铺平了道路，堵塞作为一个“倒临界点”的直接关联函数$c(r)$发散的分析。我们建立了$c(r)$和总关联函数$h(r)$的各种奇异性之间的定量关系，提供了一个具体的方法来识别必须在$c(r)$中表示的功能，如果一个人希望准确地再现对关联函数的细节。我们还分析了系统的三维单分散硬球的直径$D$，因为他们的方法有序和无序堵塞的配置。对于后者，我们使用Lubachevsky-Stillinger（LS）和Torquato-Jiao（TJ）填充算法，这两种算法都生成无序填充，但可以显示出明显的结构差异。我们确定了一个短期的缩放$c(r) \propto -1/r$作为$r \rightarrow 0$，并表明，这一点，随着发展中的三角洲功能在$c(D)$，是一个后果，越来越长的范围在$c(r)$。在冻结密度附近，我们确定了TJ和LS生成的配置之间的结构因子$S(k)$以及$c(r)$的定性差异，并将它们与协议的包装动力学差异联系起来。从这两种算法的结构因子，接近零的低波数限制的干扰接近，并显示出相应的幂律衰减$c(r)$大$r$的结果。我们的工作进展的概念，表现出静态签名硬颗粒包装，因为它们接近干扰，并强调了效用的直接关联函数作为一种手段，监测一个初期的刚性网络。
2016-08-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hyperuniformity scaling of maximally random jammed packings of two-dimensional binary disks
本研究通过生成严格堵塞的二元圆盘堆积，发现尺寸比1.2至2.0产生最大随机堆积态，超均匀性标度指数在β=1.4时最大，为无序超均匀薄膜材料设计提供指导。
2024-12-14 cond-mat.soft
The Ideal Glass and the Ideal Disk Packing in Two Dimensions
University of Oregon（俄勒冈大学）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；Syracuse University（雪城大学）；Seton Hall University（设特霍尔大学）；Princeton University（普林斯顿大学）
本研究提出在二维中构造理想阻塞堆叠的方法，揭示了无序系统中高密度、高模量及超均匀性等特性，解决了理想玻璃的长期谜团。
2025-12-08 cond-mat.soft
Cavity method for force transmission in jammed disordered packings of hard particles
堵塞无序填料的受力分布一直是颗粒物理学研究的一个中心问题。然而，它的许多特征却知之甚少。特别是，分析关系到其他关键的宏观性质的堵塞的物质，如接触网络和它的协调数，仍然缺乏。在这里，我们开发了一个平均场论这个问题的基础上，作为一个随机图的力传递成为一个约束优化问题的接触网络的考虑。因此，我们可以使用在过去几十年中发展起来的腔方法在自旋玻璃和硬计算机科学问题的统计物理。这种方法使我们能够计算力分布$\text P(f)$随机填充的硬颗粒的任何形状，有或没有摩擦。我们发现了一个新的签名干扰的小力的行为$\text P(f) \sim f^θ$，其指数引起了最近的积极兴趣：我们发现了一个有限的值为$\text P(f=0)$，随着$θ=0$。此外，我们与系数$μ$的摩擦球堵塞填料的平均配位数$\, {\bar z}_{\rm c}^{\rm min}(μ)$的下限的力的分布。通过将朴素的麦克斯韦计数论证扩展到摩擦球，这弥合了两个已知的均衡极限$\, {\bar z}_{\rm c}(μ=0)=2D$（在维度$D$中）和$\, {\bar z}_{\rm c}(μ\to \infty)=D+1$之间的差距。该理论框架描述了不同类型的系统，如任意尺寸的非球形物体，提供了一个共同的平均场的情况下，调查力的传输，接触网络和协调数堵塞无序包装。
2014-06-04 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
A geometric-Structure Theory for maximally Random Jammed Packings
最大随机堵塞（MRJ）颗粒填料可以被视为原型玻璃，因为它们是最大程度地无序，同时是机械刚性的。在无摩擦颗粒的其他堆积特性中，MRJ堆积密度的预测仍然提出了许多理论挑战，即使是全等的球体或圆盘。使用的几何结构的方法，我们推导出第一次一个非常广泛的一类二维无摩擦包装，即二元凸超盘，形状，连续插入圆和正方形之间的MRJ密度的高精度公式。
2016-05-22 cond-mat.soft
Competition between Glassy Five-Fold Structures and Locally Dense Packing Structures Governs Two-Stage Compaction of Granular Hexapods
School of Physics, Chengdu University of Technology（成都理工大学物理学院）；State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection, Chengdu University of Technology（成都理工大学地质灾害防治与地质环境国家重点实验室）；School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学物理与天文学院）；School of Physics and Electronic Science, East China Normal University（华东师范大学物理与电子科学学院）
本研究利用X射线断层扫描实验发现，3D打印六足体颗粒的敲击压实呈现两阶段机制：初期由颗粒互锁形成局部力学稳定结构，后期则形成五重对称的密集多面体聚集体，表现出类硬球系统的玻璃态无序构型，揭示了无序颗粒材料的普适组织原则。
2025-11-02 cond-mat.soft
Entropy of jammed matter
我们研究摩擦球无序堆积的随机性。我们计算的熵的三维包装通过力和体积合奏堵塞的物质，介观系综和数值模拟使用体积涨落分析和图论方法。得到了表征堵塞物不同状态的熵、体积分数和压实度的状态方程。在介观层次上，熵在随机紧密堆积时为零。堵塞系统的熵揭示了随机松散包装比随机紧密包装更无序，允许对这两个极限进行明确的解释。
2009-05-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
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
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
Geometrical properties of rigid frictionless granular packings as a function of particle size and shape
采用三维离散数值模拟方法研究了密排无摩擦颗粒集合体的性质与颗粒多分散性和形状的关系。与某些实验结果不同的是，模拟结果表明，轴面体（八面凸多面体）的无序堆积比球形或圆形颗粒的无定形堆积具有更高的固体分数值，从而满足了焦和同事对随机堆积的Ulam猜想的类似[Y. Jiao和S. Torquato，Phys. Rev. E $\textbf{84}$，$041309$（$2011$）]。实验结果和数值结果之间的这种表面差异被认为是由于通过实验致密化过程克服颗粒间摩擦的困难。此外，固体分数被证明是进一步增加的双分散性和峰值时，小颗粒的体积比例达到$30\%$。另外，用高达$50\%$的扁平轴面代替等距轴面，固体分数降低，特别是当扁平颗粒也被拉长时。然而，与多分散性相比，颗粒形状似乎对填充固体分数起次要作用。对填料微观结构的进一步研究证实，轴面填料满足均衡猜想，并且除了在填料中平面或平面-细长多面体的$30$到$50\%$之外，它们是自由有序的。这种有序度的逐渐增加是由扁平或扁平细长颗粒的重新取向引起的有序相的形式，以使堆积势能最小化。同时，这种重新取向似乎增加了固体分数值略高于单分散等距pinacoids实现的最大值，以及配位数。最后，部分替代的细长轴面等距的堆积固体分数或秩序的影响有限。
2017-06-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Order metrics of jammed solids: Structures, hyperuniformity, and implications for ultra-stable glasses
提出考虑多重旋转对称性的结构序参量，研究二维硬颗粒堵塞转变线上的结构演化与超均匀性，揭示超稳定玻璃富含有序颗粒且具有类似晶体密度涨落的结构特征。
2024-08-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Learning by training: emergent return-point memory from cyclically tuning disordered sphere packings
Institute of Science and Technology Austria (ISTA)（奥地利科学技术研究所）
研究通过无序系统循环逆向设计探讨环境变化对适应性学习的影响，发现系统趋向边缘吸收流形并形成类似返回点记忆的特性。
2026-04-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft physics.comp-ph
Minimal energy packings and collapse of sticky tangent hard-sphere polymers
我们列举了所有的最小能量包装（MEP）的小单线性和环状聚合物组成的球形单体与接触吸引力和硬核排斥，并比较它们相应的结果为单体包装。我们定义并确定了聚合物填料中的“分割面”，它减少了满足硬球和共价键约束的排列数量。与单体MEP相比，聚合物MEP更倾向于中间结构对称性而不是高对称性和低对称性。我们还研究了包装制备依赖于较长的单链使用分子动力学模拟。对于缓慢的温度淬火，链形成具有紧密堆积的核心的微晶。随着淬火速率的增加，芯尺寸减小，并且外部变得更加无序。通过研究接触数，我们连接到无序包装的等静压开始抑制结晶。这些研究代表了我们预测致密聚合物的结构和机械性能如何取决于塌陷动力学的能力向前迈出了重要的一步。
2010-08-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Dispersive wave propagation in disordered flexible fibers enhances stress attenuation
本研究通过实验和计算分析了冲击应力波在无序柔性纤维堆积体中的传播，发现色散波传播在较大长径比和中等柔性的系统中更普遍并增强应力衰减，为改进颗粒材料阻尼技术提供了新见解。
2024-09-17 cond-mat.soft physics.app-ph
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
Volume fluctuations and geometrical constraints in granular packs
结构组织和相关性进行了研究，在非常大的包装等尺寸的丙烯酸类球体，重建的三维X射线计算机断层成像。一种新的技术，旨在分析两个以上的领域之间的相关性，表明结构组织可以方便地研究在一个空间填充包装的不规则四面体。对这种四面体的体积分布的研究揭示了在大体积区域中的指数衰减;这种行为与理论预测非常吻合。我认为，该系统的结构可以被描述为由两个阶段组成：1）一个“无约束”的阶段，自由地分享的体积; 2）一个“约束”的阶段，假设相应的配置与几何约束的条件下，不重叠的领域和机械稳定性。颗粒系统利用异质性最大化的自由和熵，同时限制机械稳定性。
2005-07-12 cond-mat.soft
Avian photoreceptor patterns represent a disordered hyperuniform solution to a multiscale packing problem
光的最佳空间采样严格要求相同的光感受器在二维中以完全规则的阵列排列。自然界中这种完美阵列的例子包括昆虫的复眼和一些鱼类和爬行动物的近乎晶体的感光器模式。鸟类是高度视觉化的动物，具有五种不同的视锥细胞亚型，但它们的视锥细胞模式并不完全规则。通过使用各种敏感的微观结构描述符分析由五种不同细胞类型组成的鸡锥体感光系统，我们发现无序的感光模式是“超均匀的”（表现出消失的无限波长密度波动），这是迄今为止在物理系统的一个独特子集中发现的属性，但从未在任何活的生物体中观察到。值得注意的是，总细胞群和单个细胞类型的光感受器模式同时是超均匀的。我们称这种模式为“多超均匀”，因为整体点模式的多个不同子集本身就是超均匀的。我们已经设计了一个独特的多尺度细胞包装模型在两个维度，表明感光类型相互作用的短期和长期的排斥力和类型之间的竞争产生了上述奇异的空间特征系统，包括多超均匀性。
2014-02-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Ultradense Sphere Packings Derived From Disordered Stealthy Hyperuniform Ground States
本研究通过改进的集体坐标优化方案，在隐身超均匀点图案中加入软核排斥，成功生成超致密无序球堆积，显著提高最大填充率，为发现高密度无序超均匀两相材料提供了新途径。
2025-04-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft physics.comp-ph
Reorganization of a 2D disordered granular medium due to a small local cyclic perturbation
我们测量实验的重排，由于一个小的本地化的循环位移施加到重力下的刚性颗粒在一个二维几何形状的包装。通过考虑单个粒子位移和粗粒位移场以及平均堆积分数和配位数，我们分析了对这种扰动的响应的演化。我们发现，位移响应是相当长的范围内，并发展相当大的循环次数。我们表明，一个小的差异，在制备方法（诱导自攻容器）导致显着的修改的响应，虽然包装分数的变化是分钟。不仅初始响应，而且其进一步的演化也随着制备而改变，表明系统在许多循环之后仍然保留初始制备的记忆。然而，经过足够数量的周期，两种制备方法的位移响应收敛到一个近径向场与1/r衰减的扰动源。所观察到的制备方法之间的差异似乎与配位数的变化有关（配位数对堆积的演变比堆积分数更敏感）。具体地说，它可以理解为局部拱断裂的影响，这会影响力的横向传递。
2006-05-30 cond-mat.dis-nn 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
Structure of saturated RSA ellipse packings
受最近观察到的液体玻璃在悬浮液中的椭球胶体，我们研究（渐近）饱和RSA椭圆包装的结构。我们确定的包装分数$ϕ_{\rm s}(α)$，以高精度，找到一个经验的分析公式，预测$ϕ_{\rm s}(α)$内小于$0.1\%$的所有$α\leq 10$。然后，我们探讨如何这些包装的位置取向顺序与$α$的变化。我们发现在$α= α_{\rm TS} \simeq 2.4$的尖端/侧面接触为主的结构过渡到侧面/侧面接触为主的结构。在这个纵横比，峰值$g_{\rm max}$的包装的位置-取向对相关函数是最小的，系统可以被认为是最大的局部无序。对于较小（较大）的$α$，$g_{\rm max}$随$α$的减小（增大）呈指数增大。当$α$增加到超过$3$时，与实验中观察到的前体结构域相当的局部重排顺序和结构逐渐出现。对于$α\gtrsim 5$，单层层状变得更加突出，长波长密度波动随着$α$填料逐渐接近棒状极限而增加。
2022-10-24 cond-mat.soft
Cuddling Ellipsoids: Densest local structures of uniaxial ellipsoids
将无序系统的集体行为与粒子尺度上的局部结构联系起来是一个重要的挑战，例如在颗粒和玻璃体系中。在许多科学和工业应用中，粒子是多分散的，非球形的，甚至形状各异。在这里，我们调查的经典接吻问题的推广，以了解非球面颗粒包装的本地积木。我们通过最小化给定粒子周围的集合Voronoi胞体积来数值确定单轴椭球的密度局部结构。根据颗粒的纵横比，不同的局部结构观察和分类的对称性和Voronoi配位数。在扩展无序包装的无摩擦颗粒，知识的densitivity结构允许重新缩放的Voronoi体积分布到单参数家庭的$k$ -伽马分布。此外，我们发现，近似二十面体集团被发现在随机包装，而最佳的局部结构，更多的非球面粒子没有形成。
2016-10-13 cond-mat.soft
A sidewall friction driven ordering transition in granular channel flows: Implications for granular rheology
我们报告了从无序状态到有序状态的过渡，在几乎单分散的颗粒状物质的流动中流动的倾斜通道与凹凸不平的基础，在离散元方法模拟。对于低的颗粒侧壁摩擦系数，颗粒是无序的，并获得Bagnold速度分布。然而，对于高侧壁摩擦，获得有序状态，其特征在于颗粒的分层和每层中颗粒的六方堆积。由局部键取向序参量量化的有序化程度在通道的截面中变化，在侧壁附近具有最高的有序化。流动转变显著影响局部流变学：与无序状态相比，有序状态下的有效摩擦系数较低，并且填充分数较高。一个简单的模型，结合当地订购的程度，示出描述系统的流变学。
2017-06-17 cond-mat.soft
Local structure controls shear and bulk moduli in disordered solids
用于研究物质力学响应的范例模型系统是点原子的随机网络、随机球填充或简单晶格，所有这些模型都假设粒子/原子之间的中心力相互作用。这些模型中的每一个都在空间排列和粒子之间的相关性方面有所不同。反过来，这反映在剪切（G）和压缩（K）弹性模量的广泛不同的行为中。以G、K和它们的比率编码的宏观弹性与微观晶格结构/有序之间的关系尚不清楚。我们提供了一个定量的分析之间的联系的局部取向秩序和弹性的模型非晶态固体具有不同的内部微观结构，侧重于两个相反的限制包装（强排斥体积）和网络（无排斥体积）。该理论预测，在包装，局部取向秩序，由于排除体积导致较少的非亲和性（更软或更大的刚度）压缩下比剪切下。这导致G/K值较低，这是一种缺乏微观解释的有据可查的现象。该理论还提供了一个很好的一个参数描述的弹性压缩乳液在较宽的范围内的包装分数与实验数据相比。
2016-01-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Unjamming due to local perturbations in granular packings with and without gravity
本文用计算机模拟的方法研究了摩擦式硬盘无序填料的抗干扰响应。首先，我们产生的磁盘堵塞的配置，然后迫使他们再次移动的局部扰动。我们研究了应力和位移响应的空间分布，并发现了这两种情况下扰动的长期影响。我们记录了位移的穿透深度和使系统屈服所需的临界力。这些数量在两种类型的系统中进行测试：在零重力下的理想均质填料和在重力下沉降的填料。穿透深度和临界力对颗粒间摩擦系数敏感。定性地，相同的非单调摩擦相关性被发现有和没有重力，但极值的位置是在不同的摩擦值。我们讨论的接触网络的连通性和压力梯度在unjamming响应的作用。
2008-08-20 cond-mat.soft
Structure of plastically compacting granular packings
通过二维和三维实验研究了韧性颗粒压实系统中的发展结构。在这两个维度上，径向分布函数的峰值减少，加宽，并与在硬盘和球体系统中观察到的那些相比，移动。几何三-颗粒配置的径向分布函数中的第二个峰值，但有趣的差异之间的初始和最终阶段的二维压实。的平均配位数作为填充分数的函数的演变进行了比较与其他文献的实验和数值计算结果。我们的结论是压实历史是重要的压实颗粒系统的结构的演变。
2005-10-13 cond-mat.soft
Stress-strain behavior and geometrical properties of packings of elongated particles
采用接触动力学方法，数值分析了颗粒伸长对剪切颗粒介质准静态行为的影响。颗粒形状是以其伸长为特征的圆帽矩形。分析了几种填料在双轴压缩下的宏观和微观结构特性随颗粒伸长的变化规律。我们发现，剪切强度是一个增加的线性函数的伸长率。执行添加剂分解的应力张量的谐波近似的角度依赖的分支向量，接触法线和力的基础上，我们表明，增加动员的摩擦力和相关的各向异性的颗粒伸长的关键影响。这些效应与倾向于垂直于主要主应力方向取向并形成侧边接触的颗粒的部分非线性有序化相关。然而，力的传输被发现主要是由帽侧接触，这代表了最长的颗粒接触的最大部分引导。另一个有趣的发现是，与剪切强度相反，固体分数首先随着颗粒伸长而增加，但随着颗粒变得更长而下降。同样值得注意的是，配位数并不遵循这种趋势，因此更长的颗粒的堆积更松散，但连接更牢固。
2010-04-29 cond-mat.soft physics.class-ph
Random close packing fraction of bidisperse discs: theoretical derivation
Gonville & Caius College, University of Cambridge（剑桥大学贡维尔与凯斯学院）
本文基于细胞序分布概念，提出一种保证无序的理论，推导了双分散圆盘随机密堆积分数作为尺寸比和浓度的函数，并给出了最密无序堆积分数的精确上下界。
2026-05-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft math-ph
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
A geometrical description of charge distribution on the disordered conductor surfaces
本文考虑了导体表面的电荷分布，特别是旧的经验法则，即电荷在尖锐点附近积累，更一般地在高曲率区域。讨论几乎完全是定性的。考虑了各种不同几何形状的导体，并比较了它们点上的电荷密度。我们的讨论表明，“表面电荷密度在曲率较大的点处较高”的说法似乎并不正确，至少它可以修改。我们已经尽可能避免不必要的关系，并试图跟踪讨论的质量。
2023-01-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Strain fluctuations and elastic moduli in disordered solids
最近，人们对使用视频显微镜技术来推断无序固体的局部力学性质的兴趣激增。一种常见的方法是使局部粗粒化体积中的粒子振动位移与最佳拟合仿射变形所产生的位移之间的差异最小化。然后，在假设该最佳拟合仿射变形张量的分量具有玻尔兹曼分布的情况下推断有效模量。在本文中，我们结合理论论证与实验和模拟数据，以证明上述并没有揭示信息的真实弹性模量堵塞的包装和胶体玻璃。
2015-08-24 cond-mat.soft
Micromechanical origin of plasticity and hysteresis in nest-like packings
未粘合的半柔性纤维的无序包装代表了一类跨越背景和规模的材料。从基于树枝的鸟巢到无纺织物，不同系统的体积力学来自于组成细长元件关于非永久接触的弯曲。在实验和计算包装的木棍，我们确定其响应循环oedometric压缩的突出特点：非线性刚度，瞬态塑性，并最终可重复的速度无关的滞后。我们跟踪这些功能，其微观力学的起源，确定在特征的外观，消失，和位移的内部接触。
2021-12-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Disordered, Quasicrystalline and Crystalline Phases of Densely Packed Tetrahedra
Ulam将所有坚硬的凸形都定义为比球形更致密的堆积，球形的最大堆积分数为π = π/ \sqrt 18 ~ 0.7405。对于许多形状，简单的晶格填充很容易超过这个填充分数。对于正四面体，这个猜想直到最近才被证明是正确的;通过几何构造获得了有序排列，其中，π = 0.7786，随后在数值上压缩到π = 0.7820。在这里，我们展示了四面体的包装比这好得多，而且是以一种完全出乎意料的方式。遵循概念上不同的方法，使用热力学计算机模拟，使系统自然地向高密度态发展，我们观察到，硬四面体的流体经历了一阶相变的十二方准晶，它可以被压缩到一个包装分数为0.8324。通过压缩准晶体的晶体近似物，我们得到的最高填充分数是ε = 0.8503。如果准晶的形成被抑制，系统将保持无序，堵塞，并压缩到ε = 0.7858。堵塞和结晶之前都是由熵驱动的过渡，从一个简单的流体的独立四面体到复杂的流体，其特征在于四面体排列在密集的局部图案，形成一个在过渡的结晶网络。我们报告的准晶代表了第一个例子的准晶形成的硬或非球形颗粒。我们的研究结果表明，粒子形状和熵可以产生高度复杂的，有序的结构。
2010-12-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
