摩擦圆盘剪切与压缩阻塞堆积的比较

我们比较了通过离散元建模（DEM）模拟、采用各向同性压缩和简单剪切协议生成的二维（2D）摩擦圆盘机械稳定（MS）堆积的结构与力学性质。我们发现，由压缩和剪切生成的 MS 堆积在阻塞起始时的平均接触数与堆积分数相近（相对偏差 $< 0.5\%$）。相反，由各向同性压缩生成的 MS 堆积的平均应力各向异性 $\langle {\hat \Sigma}_{xy} \rangle = 0$，而由简单剪切生成的 MS 堆积的 $\langle {\hat \Sigma}_{xy} \rangle >0$。为研究 MS 堆积应力状态的差异，我们开发了堆积生成协议，先使 MS 堆积解除阻塞，移除摩擦接触，再使其重新阻塞。利用这些协议，我们获得了与原阻塞堆积粒子位置几乎一致、应力各向异性分布相近的重新阻塞堆积。然而，我们发现当直接比较原始阻塞堆积与重新阻塞堆积时，存在有限的应力各向异性偏差 $\Delta {\hat \Sigma}_{xy}$。这些偏差小于通过对 DEM 模拟生成的接触网络零空间枚举力解所获得的应力各向异性涨落。这些结果强调，尽管压缩与剪切阻塞协议生成了具有相同接触网络的堆积，但在每个接触处的法向与切向力上可能存在残余差异，从而导致应力各向异性的不同。