基于单颗粒蒙特卡洛研究的颗粒材料接触力分布
计算物理
2017-05-05 v1 软凝聚态物质
摘要
力网络系综是颗粒介质最有前景的统计描述之一，其熵考虑了与某外部应力一致的机械平衡下的所有力构型。可以定义一个类温度参数，即angoricity {\alpha}^{-1}，在各向同性压缩下它是一个标量变量。该系综常在完整颗粒堆积上研究；然而，先前工作表明空间关联在许多情况下可忽略，这为单颗粒研究打开了大门。我们的工作发展了一种蒙特卡洛方法，在二维和三维单分散颗粒系统（无论有无静摩擦）上，于恒定angoricity下对单颗粒上的力系综进行采样。结果表明，尽管存在空间排斥以及库仑极限和排斥法向力的约束，每颗粒的压力总是呈现尺度参数 {\nu} = {\alpha}^{-1} 和形状参数 k 接近 k'（系统中的自由度数量）的gamma分布。此外，每颗粒的平均压力在所有情况下均满足均分定理 <p>=k'{\alpha}^{-1}（与理想气体的均分定理密切平行）。这些结果表明存在 k' 个独立的随机变量（即基本力）具有相同的指数分布，作为在各向同性压缩下低angoricity时描述力网络系综的基本元素，类似于颗粒材料的体积系综。
引用
@article{arxiv.1705.01696,
title = {Contact forces distribution for a granular material from a Monte Carlo study on a single grain},
author = {Manuel A. Cárdenas-Barrantes and Jose Daniel Muñoz and William F. Oquendo},
journal= {arXiv preprint arXiv:1705.01696},
year = {2017}
}