波洛克滴画的流体力学分析

译者点评波洛克以在帆布上随意泼溅颜料、洒出流线的技艺著称.他在1947年发明滴画画法,直接将画布挂在粗糙的墙上,或放在地板上,用短棒、修平刀、小刀、以及滴淌的颜料或搅和着沙子的厚重涂料、碎玻璃和其他与绘画无关的东西作画.在作画过程中,他不刻意画什么,只在画完后,根据需要剪裁,绷到画框上去.这种创作有别于杂乱无章的涂鸦之作,融入了自然的效果,蕴藏着某种特殊的吸引力,数学家和物理学家曾从分形的角度研究过这些作品,认为它们的神秘美感缘于它们与自然界中的许多事物一样,符合分形法则.人类的指纹、贝壳上     

Imperfect pitchfork bifurcation in asymmetric two-compartment granular gas

The clustering behavior of a mono-disperse granular gas is experimentally studied in an asymmetric two-compartment setup. Unlike the random clustering in either compartment in the case of symmetric configuration when lowering the shaking strength to below a critical value, the directed clustering is observed, which corresponds to an imperfect pitchfork bifurcation. Numerical solutions of the flux equation using a modified simple flux function show qualitative agreements with the experimental results. The potential application of this asymmetric structure is discussed.     

阻塞态颗粒介质的慢速阻力

报导了不同尺寸的大球缓慢压入颗粒床过程中所受阻力随深度变化的实验测量结果,发现阻力曲线在不同的深度区域有不同的增长规律,存在凹—凸转变.阻力在较浅的区域满足1.3次方的幂率增长,而在较深的区域趋向0.3次方的幂率增长.通过研究凹凸转变中拐点的性质,发现这种阻力增长速度趋缓的转变不是来源于前人认为的器壁支撑导致的介质压强饱和,而是来源于侵入物自身的体积效应.此外,适用于颗粒介质快速阻力的静水压力描述并不适用于阻塞态颗粒介质的慢速阻力行为,实验表明慢速阻力对深度的依赖关系不是线性,且测得的静水压力系数也远大于理论估算值. 关键词： 颗粒介质 阻力 力链重组     

我与物理

我从小在台湾长大．在我读书的时候，台湾的中学是男女分校的．北一女(台北第一女子高级中学)是台湾最有名的一所女子中学．每一年级有二三十个班级，按大学联考的志愿分班．联考分甲、乙、丙、丁四个组，甲组为理工科．在这所著名的女校里，报考甲组的人数加起来也不过一、两个班，更徨论考上并且选择念物理的女生人数了．     

倾斜沙漏流与颗粒休止角研究

本文发现在测量误差内颗粒物质的下列三个临界角度相等: 1)从直径为D的倾斜孔洞流出的Beverloo颗粒流的流量开始停止的临界倾角θ_c 向大孔径极限线性外推θ_c∞≡θ_c(D→∞) 的补角θ_s∞= 180°-θ_c∞;2) 从靠近堆顶的点源向光滑底板缓慢下落颗粒形成的圆锥形堆的休止角θ_r; 3) 直接剪切矩形颗粒固体测得的库仑内摩擦角φ. 该结果倾向支持倾斜孔洞和颗粒堆自由表面的固-液转变与颗粒固体内部的库仑屈服均来自材料的同一临界性质. 由于三种情况样品的内部应力和变形等都是目前还远不能定量分析的复杂非均匀分布, 我们仅从定性角度对此给出一些讨论.     

运动物体在颗粒介质中的阻力形式

物体由重力驱动在颗粒介质中的运动过程，从动力学上可以用等效重力、颗粒床的黏性阻力及静压阻力来描述.通过求解此动力学模型，找到了一个能够控制颗粒系统处于不同阻尼状态的参量Γ，Γ的表达式直接反映了黏性阻力项和静压阻力项的竞争.这种竞争使得颗粒介质能够处于不同阻尼状态，表现出不同的表观阻力行为.根据理论分析结果设计实验，实现了对颗粒介质体系阻尼状态的调节，验证了理论模型给出的运动物体在颗粒介质中受到的阻力形式. 关键词： 颗粒体系 阻力 动力学过程     

直剪颗粒体系声波探测

建立了声波监测系统,探测颗粒体系在直剪过程中声速与剪切应力的变化关系.发现声速在剪切开始后随着剪切应力的增加会迅速减小.而在应力达到屈服点之后,声速变化逐渐变缓并趋近于一个稳定值.剪切作用对声速变化的影响小于20%,而非所预测由于剪切带的形成,声波(尤其是横向波)的振动无法通过剪切带而使得探测的飞行速度变为零.这是由于直剪的应变率甚低于声波的频率,直剪的颗粒体系可被视为局部区域膨胀的准静态的弹塑固体.结合等效介质理论和颗粒弹性理论对以上结果进行了解释和讨论.     

Ultrasound wave propagation in glass-bead packing under isotropic compression and uniaxial shear

The axial-stress dependence of sound wave velocity in granular packing is experimentally investigated with tri-axial and uni-axial devices. Preparing samples by repetitive loadings and unloadings in a range of 20 kPa–1000 kPa, we find that the axial-stress dependence of sound wave velocity approaches the Hertz scaling with an exponent of 1/6 for large axial stresses( 400 kPa). Weak deviation from the Hertz scaling is seen at low stresses. Repetitive axial loadings slightly reduce this deviation, and sound velocities increase nonlinearly approaching some saturated values. Velocities for uni-axial case are found slightly to be bigger than those for tri-axial isotropic compression case. These effects are discussed in the frameworks of granular solid hydrodynamics(GSH) and effective medium theory(EMT), which indicate that they cannot be explained with density nor Janssen ratio only. Dissipation occurring during wave propagation may be a non-negligible factor.     

颗粒固体应力转向比的光弹法探测

利用压敏双折射光学特性材料,实验测量了在自然堆积和密堆积两种制样方式下颗粒仓轴向荷载在仓壁上随深度的分布.发现在填充颗粒总质量相同、容器不变的情况下,颗粒仓轴向荷载在仓壁上的分布不随颗粒深度单调变化,而是随深度呈单峰结构,数值模拟与实验观察定性符合,并且发现峰值依赖于荷载大小和样品的制备方式.另外,我们也测量了在不同填充高度下的颗粒底部平均应力随轴向荷载的变化,将其与边壁应力对比,得到颗粒体系不同深度处的转向比.     

颗粒样品形变对声波传播影响的实验探究

为了更好地理解颗粒间接触结构的变化对通过颗粒介质中的声波的影响,本文利用单轴压缩实验,通过一系列增加的轴向压力使样品塑性应变不断增大,这在颗粒尺度上对应于颗粒间接触结构的改变.我们测量了此过程中通过颗粒样品的声波变化,结果表明颗粒体系内接触结构的变化对声波波形中的非相干波部分和频率有明显的影响,并且在样品接触结构变化的初始阶段声速是偏离有效介质理论的预测的.