球形珠堆中的各向异性非线性弹性：组构各向异性的影响

在玻璃珠堆中同时进行了应力-应变测量和超声传播实验，以表征单轴加载下应力诱导的各向异性。这些测量分别通过颗粒集合的有限变形和增量变形实现，并在基于Hertz-Mindlin接触理论的有效介质理论框架内进行分析。我们的工作表明，压缩波和剪切波速度以及由此产生的增量弹性模量与Johnson等人[J. Appl. Mech. 65, 380 (1998)]的有效介质模型吻合良好，但有限变形产生的各向异性应力比则完全不符。如数值模拟所示，这种差异可能源于模型未能适当允许颗粒从仿射运动近似中松弛。这里我们发现，颗粒接触处的相互作用性质也可能对模型的相关预测起关键作用；实际上，如果消除颗粒间的摩擦阻力，这种差异可以显著减小。另一个主要实验发现是颗粒堆固有各向异性的影响，这种各向异性通过不同的样品制备方案实现。我们的结果表明，压缩波对应力诱导的各向异性更敏感，而剪切波对组构各向异性更敏感，这在解析有效介质模型中未被考虑。