竖直振动颗粒床中的倍周期运动

实验研究了竖直振动颗粒床中颗粒对容器底部的压力随振动强度的变化情况.发现压力随振动加速度的增加经历倍周期分岔，典型的分岔序列为：2P，4P，混沌，3P，6P，混沌，4P，8P，混沌.观察表明，伴随倍周期分岔现象，在颗粒床底部出现颗粒的聚集态.聚集态内颗粒密堆积在一起并作整体的上下运动.采用完全非弹性蹦球模型分析了颗粒对容器底的冲击力，并给出了倍周期分岔现象的一种解释. 关键词： 颗粒物质 混沌 倍周期分岔 非弹性碰撞     

振动颗粒物质中倍周期运动对尺寸分离的影响

实验研究了竖直振动颗粒床中,倍周期运动对尺寸分离的影响.实验中,当振动加速度足够大时,系统中出现稳定的对称对流,进一步增大振动加速度到某个临界值时,还会出现倍周期运动.观察表明,背景颗粒的对流运动对分离过程起主导作用,对流速度决定着分离过程的快慢,而在2倍周期和4倍周期分岔之后,分离时间有所减慢.对引起对流运动的起因进行了分析,以此为基础分析了倍周期运动产生影响的物理机理,并对分离时间进行了定量计算,结果与实验值符合很好. 关键词： 颗粒物质 “巴西果”效应 倍周期分岔 对流     

完全非弹性蹦球倍周期运动的分形特征

一个落在振动台面上的完全非弹性球的运动是倍周期的.倍周期分岔过程受约化振动加速度的控制,倍周期分岔图由疏密相间的区域构成.在密集区内,倍周期分岔过程敏感地依赖于控制参数,呈现出复杂的几何结构.分析了密集区的分形特性,并计算了各密集区的分维数.结果表明密集区的分维数是依次增大的,逐渐趋于一个约为1.8的常数. 关键词： 蹦球 倍周期分岔 分形 颗粒物质     

摩擦力对非弹性蹦球倍周期运动的影响

分析了摩擦力对竖直振动台面上完全非弹性蹦球动力学行为的影响.当控制参数Γ由1逐渐增大时,作用在蹦球上的恒定摩擦力不会改变倍周期分岔的序列,但会使倍周期分岔点的数值变大.与无摩擦力时的情况相比,在飞行时间的分岔图中也存在倍周期分岔密集区,只是被横向拉伸纵向压缩,且具有不同的分形特性.与受振颗粒体系中的倍周期分岔过程做了比较,发现当摩擦力取值为颗粒总重量的20%—30%时两者符合很好.     

完全非弹性蹦球的动力学行为

对振动台面上的完全非弹性球的蹦跳行为进行了初步分析.受约化振动加速度的控制，球的运动可以表现出一系列倍周期分岔过程.对几种典型的倍周期运动及分岔情况进行了讨论. 关键词： 蹦球 倍周期分岔 混沌 颗粒物质     

竖直振动颗粒物厚层中冲击力分岔现象

实验研究了竖直振动颗粒物厚层中颗粒对容器底部的压力. 发现这种压力是脉冲式的，并表现出受振动加速度控制的倍周期分岔现象. 在颗粒层底部观察到颗粒密堆积在一起的聚集态. 聚集态内颗粒的自由程较小，并像一个整体一样运动. 关键词： 颗粒物质 混沌 倍周期分岔 非弹性碰撞     

器壁滑动摩擦力对受振颗粒体系中冲击力倍周期分岔过程的影响

颗粒物质由离散的固体颗粒组成, 受到周期性振动时可以表现出复杂的动力学行为. 这些行为往往受众多因素的影响, 如空气阻力和器壁摩擦力等. 针对受振颗粒体系中冲击力的倍周期分岔现象, 通过抽真空或将容器底镂空消除空气阻力, 单独研究器壁滑动摩擦力的影响. 结果表明在仅有器壁摩擦力作用的情况下, 倍周期分岔过程仅受约化振动加速度的控制, 与颗粒的尺寸、颗粒层数及振动频率无关. 将器壁摩擦力处理成一个大小恒定、方向与颗粒和器壁相对速度反向的阻力, 并包含到完全非弹性蹦球模型中, 能够对所观察到的现象给出很好的解释. 通过对倍周期分岔点测量平均值的拟合, 得到器壁滑动摩擦力的大小约为颗粒总重量的10%. 关键词： 颗粒物质 器壁摩擦力 倍周期分岔 冲击力     

空气阻力对完全非弹性蹦球动力学行为的影响

一个在振动台面上蹦跳的小球具有复杂的运动形式,如倍周期分岔和混沌．如果球与台面间的碰撞是完全非弹性的,则球的运动是倍周期的,不存在混沌．在分岔相图中,鞍一结不稳定性引入“平台”结构,同时存在倍周期轨道的密集区．这里将研究空气的黏滞阻力对完全非弹性蹦球动力学行为的影响．分析表明,空气阻力很弱时,分岔序列不受影响,但分岔点的数值变大,“平台”和密集区加宽．空气阻力较大时,“平台”与密集区重叠．重叠区内原有产生倍周期运动的机理被破坏,球的运动是混沌的．     

竖直振动管中颗粒的上升运动

通过实验和数值模拟研究了竖直振动管中颗粒的受激运动.将一直管插入静止的颗粒料层中,并在管内预填充一定高度的颗粒,对直管施加竖直振动.振动强度较弱时,管内的颗粒在重力作用下向下运动;当振动达到一定的强度时,管内颗粒不下降反而克服重力的作用向上运动,随着振动强度的进一步提高,即使不在管内预填充高于颗粒床层的颗粒,颗粒也会沿着振动管逆重力向上运动.颗粒的上升高度与运动速度强烈依赖于振动强度.通过高速相机记录颗粒和直管在单个振动周期内的运动,并结合离散元(DEM)法模拟管内颗粒的受力变化规律,给出了颗粒上升的机理.此研究对实现散体物料的定向输运提供了一种新方法.     

外周期力驱动的倒摆混沌运动演示仪

设计并制作了受周期外力驱动的倒摆演示实验装置．利用自主开发的软件可自动演示和记录摆球运动状态的时间序列并存储实验数据．通过改变摆长、驱动电压，观察到该系统存在通过倍周期分岔通向混沌的过程．     

Cooling kinetics of a granular gas of viscoelastic particles

The evolution of a granular gas of viscoelastic particles in the homogeneous cooling state is studied. The velocity distribution function of granular particles and the time dependence of the mean kinetic energy of particles (granular temperature) are found. The noticeable deviation of the distribution function from the Maxwell distribution and its non-monotonous evolution are established. The perturbation theory with respect to the small dispersion parameter is elaborated and the analytical expressions for the asymptotic time dependence of the velocity distribution function and the granular gas temperature are derived.     

Effects of granular size on stress transmission in a granular column

We investigate the deflection and the fluctuation of stresses due to different sizes of granular material in a cylindrical column. It is experimentally observed that the saturation mass systemically increases with granule diameter . The results indicate the shielding of vertical stress in silo is varying. We show that the ratio between the horizontal and the vertical stresses, K, decreases with the increase in grainule diameter D. In addition, it has also been found that the presence of larger granules leads to stronger stress fluctuation on the bottom plate of silo.     

Nonlinear dynamics of density waves in granular flows through narrow vertical channels

We study granular flows through narrow channels driven by gravity in the framework of the kinetic theory for dissipative dense gases. We derive equations of motion for quasi-one-dimensional systems. In a certain range of flow density, the steady homogeneous regime is found to be unstable against the formation of density waves. We show moreover that near the onset of the instability, the governing equation for the flow density is a mixture of the Korteweg-de-Vries equation, which leads to soliton, and the Bürger equation which exhibits spatio-temporal chaos. The competition between chaos and solitons may lead either to regular spatially ordered density waves or to chaotic dynamics. We argue that these two types of dynamics can be encountered experimentally according to the channel width and the dissipative properties of the granular media. Received: 11 March 1998 / Revised and Accepted: 3 July 1998     

Transport of Brownian particles in a deformable tube

Directed transport of Brownian particles in a deformable two-dimensional tube is investigated in the presence of asymmetric unbiased fluctuations. It is found that the current can be enhanced by choosing appropriate noise intensity and deformation. There exists a value of deformation at which the current takes its maximum. For small deformable parameter, transport is dominated by noise intensity, and for very large deformable parameter, transport is dominated by deformation. The competition between the deformation and the asymmetric driving forces will induce rich phenomena in transport.     

颗粒物质中压力随高度的变化规律

用实验方法研究了圆筒容器中静止沙堆内策略的分布及变化规律。直接测量了颗粒物质的摩擦力，给出摩擦力与颗粒填充密度的关系，摩擦力与颗粒堆积高度的关系，并分析讨论了相关因素。