振动条件下颗粒的分离现象

介绍并分析比较了竖直振动条件下巴西坚果效应与反巴西坚果效应形成的机制和转化条件,以及水平振动下颗粒的分离现象,提出一些意见和建议.     

气压对颗粒物质振动分离的影响

文章作者系统地研究了垂直振动颗粒床中，在不同气压、颗粒尺寸以及密度情况下大球的运动规律。实验发现，系统处于真空状态或低气压时，大球总是向上运动。然而，当在通常大气压下，大球则会出现上升和下降两种运动状态。大球下降这种运动状态，只在大球的密度和颗粒床中颗粒尺寸足够小时才会出现，颗粒床中的负气压梯度导致大球下降。     

振动颗粒物质“巴西果”分离效应实验和理论研究

本文通过实验和理论研究了影响"巴西果"分离的因素及其物理机理. 分析了振动加速度、大小颗粒尺寸和密度对分离时间的影响, 并利用流体模型对分离时间作估算, 对实验结果进行定性解释. 结果表明在振动频率固定时, 调节振动加速度是控制"巴西果"分离的一个主要手段. 振动加速度存在一个临界值, 当高于此临界值时, "巴西果"分离的主要物理机理由对流机理转变为几何填空机理, 且振动加速度对分离影响变小, 大颗粒尺寸对分离的影响增大. 可通过调节大颗粒的尺寸来改变分离效果. 当大、 小颗粒密度比为1时, 仍会出现"巴西果"分离现象. 增大小颗粒尺寸或密度可以促进"巴西果"分离.     

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     

直剪颗粒体系的尺寸效应研究

本文通过改变直剪盒内高精度球形玻璃珠粒径、直剪盒厚度和长度的比例关系来观察体系剪切应力同试样边界条件的关系．发现随着玻璃珠粒径的减小样品所能承受的剪切应力会略微减小,而直剪盒长度的减小也会导致剪切应力的下降．实验结果表明直剪盒长度不足35倍颗粒粒径或者其厚度小于0．5倍直剪盒长度的时候,直剪实验具有明显的尺寸效应,现行的直剪实验指导标准应当予以修正．     

颗粒物质的多尺度结构及其研究框架

颗粒物质力学的研究刚刚起步,目前很多方面还不完善.文章作者认为,该学科是应用性很强的基础学科,因此提出了从实际应用中去发现科学问题,进而促进颗粒物质力学基础理论发展的研究思路,并以土力学为例做了说明.土是岩石经风化作用,由重力、流水和风力等搬运和沉积而成的产物,是密集颗粒物质体系之一.土粒是构成土体骨架、传递载荷的基本单元,与颗粒间复杂分布的孔隙水、气体共同决定了土体的非线件本构关系、剪胀(剪缩)和应力路径相关等复杂特征.以研究密集分布颗粒体系的颗粒物质力学在近20年内得到充分发展,它侧重现象的机理分析和实验的精细检测,为土力学的基础研究提供了重要启示.基于文章作者多年土力学和颗粒物质力学的研究经验,提出了土体具有多尺度结构的观点:除微观的单颗粒尺度和宏观土体尺度外,细观尺度的力链是颗粒接触力传递的路径,足存在于土体内的相对稳定的结构体.建立了初步的理论研究框架,提出了力链网络的复杂动力学响应决定土体复杂本构关系的基本没想.下一阶段将从理论分析、物理试验和基于自主开发的颗粒离散元模拟3个方面进行研究,逐渐充实土力学多尺度理论体系,以期取得突破.     

颗粒物质的多尺度结构及其研究框架

颗粒物质力学的研究刚刚起步,目前很多方面还不完善.文章作者认为,该学科是应用性很强的基础学科,因此提出了从实际应用中去发现科学问题,进而促进颗粒物质力学基础理论发展的研究思路,并以土力学为例做了说明.土是岩石经风化作用,由重力、流水和风力等搬运和沉积而成的产物,是密集颗粒物质体系之一.土粒是构成土体骨架、传递载荷的基本单元,与颗粒间复杂分布的孔隙水、气体共同决定了土体的非线性本构关系、剪胀（剪缩）和应力路径相关等复杂特征.以研究密集分布颗粒体系的颗粒物质力学在近20年内得到充分发展,它侧重现象的机理分析和实验的精细检测,为土力学的基础研究提供了重要启示.基于文章作者多年土力学和颗粒物质力学的研究经验,提出了土体具有多尺度结构的观点：除微观的单颗粒尺度和宏观土体尺度外,细观尺度的力链是颗粒接触力传递的路径,是存在于土体内的相对稳定的结构体.建立了初步的理论研究框架,提出了力链网络的复杂动力学响应决定土体复杂本构关系的基本设想.下一阶段将从理论分析、物理试验和基于自主开发的颗粒离散元模拟3个方面进行研究,逐渐充实土力学多尺度理论体系,以期取得突破.     

Couette颗粒系统中静态应力和侧压力系数的非线性弹性理论分析

经典弹性理论能否适用于静态颗粒物质是颗粒物理的一个基本问题.报道了非线性颗粒弹性方程对环柱几何(或称Couette几何)状样品中应力分布的计算结果.由于这些结果大都可在今后用实验直接测量,因而可将它们用于进一步判断这些弹性方程对颗粒材料的适用性以及澄清这个基本问题.另外,这些结果还可用于分析计算工程中的侧压力系数. 关键词： 颗粒物质 侧压力系数 非线性弹性理论     

基于PNK理论的颗粒群Boycott效应研究

科学家Boycott发现草酸化或去纤维化血球沉降在倾斜容器中比在垂直容器中更快,这就是所谓的Boycott效应.本文衍生探究不溶固体颗粒在装有蒸馏水倾斜容器中的沉降是否也会产生Boycott效应以及相关参数影响.利用PNK理论推导出颗粒沉降速率关系式,研究其中影响体系的3个变量,分别为竖直沉降速率、容器底部直径、容器倾斜角度.同时,通过实验探究改变单一变量对沉降速率的影响,与理论计算结果基本吻合.结果表明,不溶固体颗粒也会产生Boycott效应;随着容器倾斜角度增大,颗粒在其中沉降速率先加快后减慢;随着容器底部直径增大,沉降速率与之正相关;随着颗粒垂直沉降速率增大,倾斜沉降速率也与之呈正相关.     

颗粒线度和非谐效应对传感器电极材料导电性能及其热稳定性的影响

本文考虑到原子的非简谐振动,应用固体物理理论和方法,研究了氧传感器多孔电极材料导电性能及热稳定性随温度和颗粒线度的变化规律,探讨原子非简谐振动和材料颗粒线度的影响.结果表明:(1)多孔Pt电极材料的电导率随温度的升高而非线性减小;电导率随颗粒半径的增大而非线性增大;电导率随时间增长而减小,但变化极小;(2)多孔Pt电极材料的电导率远小于Pt纳米材料的电导率,也小于块状Pt电极材料的电导率,且颗粒越小,颗粒线度效应越显著;(3)电导率的温度稳定性系数随温度的升高和颗粒线度的减小以及表面层参数的增大而非线性减小,即温度越高、颗粒线度越小、表面层参数越大,电极材料导电性的热稳定性越好;(4)表面层的存在使电导率降低,且降低情况与温度和颗粒线度有关,即颗粒越小,温度越低,电导率下降越明显;非简谐效应对电极材料的电导率几乎没有影响.     

颗粒物质“巴西果”分离的影响因素及分离机制概述

“巴西果”分离（BNS）是振动颗粒物质的一个主要现象.近几年来,寻找影响“巴西果”分离的因素及其形成的物理机制受到众多学者的广泛关注.文章系统地总结了影响“巴西果”分离的各种因素及相关物理模型,指出了各种模型的适用范围及存在的不足.阐述了目前颗粒物质研究热点及今后需要开展的研究工作的方向.     

静止颗粒体的应变与弹性

文章指出通过空间平均每个颗粒内应变的方法不能得到无粘性颗粒材料的宏观应变，位移矢 量场和应变张量场一般没有粗粒化平均性质.但这并不妨碍以平衡态热力学为基础的宏观应 变概念和弹性理论对静止颗粒体的有效性. 关键词： 无粘性颗粒体 应变 弹性 粗粒化     

颗粒物质中的空洞效应

通过实验研究了颗粒体系内部的空洞对整个颗粒体系的影响.当在颗粒体系中向上提拉探测棒时,棒下端即刻产生空洞.由于空洞的存在,将导致整个颗粒体系内部结构的崩塌,崩塌的情况可通过测定棒受到的摩擦力来研究.实验发现整个体系崩塌的时间t与空洞产生的深度h间存在着一个指数的对应关系,即t正比于exp(h/λ),并且这个关系不随颗粒尺寸的变化而改变.同时,还进行了二维的辅助实验,对颗粒体系内部的情况进行了较为细致的观察.     

颗粒物质中圆棒受到的静摩擦力

通过实验研究了圆棒在颗粒物质中受到的摩擦力与颗粒填充高度及棒径的关系.观测到摩擦力随颗粒高度和棒径而增大.用连续介质模型推导了摩擦力公式，与实验观测基本一致.结果表明，摩擦力和棒径成正比；当颗粒高度很小时，摩擦力与颗粒高度平方成正比；而当颗粒堆积很高时，摩擦力与高度成正比，即静摩擦力与接触面积成正比. 关键词： 颗粒物质 摩擦力     

剪切振动下湿颗粒的力学谱

在恒温25 ℃剪切振动条件下,测量不同水分含量的NaCl湿颗粒体系的力学谱（能量耗散tanφ和剪切模量G）.研究发现,随着剪切振幅增大,NaCl湿颗粒体系的剪切模量G和能量耗散tanφ都表现出类似于干颗粒体系的阻塞（Jamming）转变行为.随着体系中水含量的增大,湿颗粒体系的剪切模量G和能量耗散tanφ在质量分数约等于11%的临界水浓度下均出现一个峰值,且峰位与应变振幅无关,表明此时颗粒之间主要的作用力发生了变化.     

不同形状的棒在颗粒物质中受到的静摩擦力

通过实验对横截面周长相同、形状不同的棒在颗粒物质中受到的最大静摩擦力进行了研究.实验结果表明:相同条件下,圆棒、方棒和扁棒受到的最大静摩擦力各不相同.用水平面上颗粒分层、对称分布模型对实验结果进行了定量分析.     

颗粒物质内自旋小球运动行为的数值模拟研究

针对大耳沙蜥在沙子中的运动行为,以球形物体为研究对象,利用3维离散元数值模拟程序LIGGGHTS模拟了旋转运动模式对颗粒物质中球形物体平动和上升/下降行为的影响,定量分析了旋转速度以及颗粒间摩擦系数等因素的具体影响.研究结果表明:球形物体与颗粒物质基底颗粒间的摩擦系数以及球形物体的自转角速度对球形物体的运动有明显影响,摩擦系数越大物体运动越明显,自转角速度越大物体运动越明显.该结果比较好地解释了沙漠生物外表具有鳞片的原因.     

颗粒物质(上)

颗粒物质是地球上存在最多、最为人们所熟悉的物质类型之一．大量颗粒组成的离散态物质体系具有特别的性质和运动规律．颗粒物质表现出许多不同于固、液、气物质的奇特现象和独特的运动规律．由于对颗粒物质运动规律的理解具有重要科学意义和应用背景，近十年来颗粒物质研究逐步成为物理学研究中的一个活跃领域．文章综述了颗粒物质的一些主要特性，如颗粒物质的静态性质、振动行为、流动特性等，其中也包括文章作者的一些新近研究结果．限于篇幅，文章分为上、下两部分发表．第一部分在对颗粒物质作一般介绍后讨论颗粒物质的静态特性，第二部分则主要讨论颗粒物质振动时的行为和流动性质．