二维颗粒体系单轴压缩形成的力链结构

从接触力、能量分布和接触网络结构特点出发,提出了强力链的力大小(Fc)判据(Fc大于平均接触力〈F〉)和角度θc判据(θc=180/〈Z〉,其中〈Z〉是平均配位数),指出强力链和弱力链是本质不同的两类结构存在于颗粒体系中,其中强力链网络与体系的宏观性质直接相关.以二维颗粒体系的单轴压缩为例,计算发现了强力链长度的幂率分布规律,分析了侧向压力系数与相应强力链网络结构的关系:当内部强力链网络充分发育而不再变化时,侧向压力系数趋于稳定数值.     

半柔性网络剪切模量的计算

采用ANSYS软件计算了二维半柔性网络的剪切变形,得到了纤维绕交点可自由旋转和不可自由旋转的剪切模量G_fix和G_free,分析了纤维交点数、长度、纤维力学参数对半柔性网络剪切模量的影响,对比发现G_fix/G_free存在极小值,G_fix/G_free≈1.05. 关键词： 半柔性网络 复杂网络动力学 软凝聚态物质 多尺度     

垂直载荷下湿玻璃珠样品的声速和衰减测量及非线性声学响应

为了分析垂直载荷下颗粒物质的声速、声衰减系数、谐波非线性等特性,本工作采用飞行时间法测量了不同含水量下声速随压强的变化规律,并利用傅里叶变换法分析了干、湿玻璃珠样品的声衰减和非线性声学特性。结果表明:干、湿玻璃珠样品中的声速、声衰减系数以及谐波非线性均随压强呈幂律变化;湿颗粒样品中随着液体含量增多,声速逐渐增加,超声波透过湿颗粒样品时的能量耗散和非线性逐渐减小。分析原因表明,压强和孔隙流体改变了颗粒之间的接触分布,使得颗粒体系的声速、声衰减以及谐波非线性等特性都随之发生变化。     

密集颗粒物质的多尺度结构

颗粒物质是大量离散的固体颗粒相互作用而组成的复杂体系.依据颗粒排布的稀疏程度,体系可分为颗粒气体、颗粒流体和颗粒固体,它们有不同本质的动量传递和能量耗散机制.后两者属于密集颗粒物质体系,内部形成了颗粒→力链→体系的多尺度结构,并涉及多个特征时间尺度,是典型的多尺度体系.合理分割体系结构层次、正确理解不同层次的物理过程、并确定它们之间的关联是密集颗粒物质研究的核心任务.本文依次分析了密集颗粒物质的内在物理图像、多尺度结构层次和特征时间等,并介绍了多尺度研究框架.     

密集颗粒物质的介观结构

密集颗粒物质由大量颗粒组成的多体相互作用体系,在一定条件下,颗粒互相连接,形成相对稳定的介观尺度结构,其几何和动力学性质较大程度上决定了颗粒体系的宏观物理和力学性质,因此开展颗粒的介观结构研究具有重要的理论价值,是科学的前沿之一.自然界的堆石坝、堰塞体和碎屑流,以及工程中的高温气冷堆堆芯颗粒流和先进核裂变能系统(ADS嬗变)的颗粒散裂靶等都是典型的颗粒体系,研究颗粒体系宏观力学性质是灾害预测和调控技术的关键.本文首先介绍颗粒接触力理论和简化模型的研究进展,接着介绍介观尺度结构分析方法与测量技术,颗粒体系Jamming转变、软点和颗粒微位移测量技术等,最后列举了几个关键的科学问题.颗粒介质中很多基本力学问题的解决需要借鉴物理和数学等学科的最新成果,建立新的概念和范式,从新的角度、思路、理念去认识颗粒介质的基本问题.同时,颗粒介质的基础研究还要紧密结合工程应用领域的大量相关的核心技术,与工程领域专家共同合作,使得颗粒介质的研究有的放矢,更具生命力.