晶粒形状对剪切颗粒材料堆积与剪胀性的影响

暴露于剪切作用下的颗粒材料表现出多种独特现象：雷诺剪胀性、位置有序和取向有序效应可能在剪切带中相互竞争。我们研究了由宏观长椭球、扁椭球和球形晶粒组成的颗粒堆积，并比较了它们的行为。利用 X 射线断层扫描技术确定圆柱形分裂底部剪切池中粒子的位置和取向。评估了剪切带中的堆积密度和单个粒子的排列。对于非等轴粒子，我们观察到两种相反效应的竞争。一方面，剪切颗粒体发生膨胀；另一方面，粒子重新取向并沿流线排列。尽管排列整齐的圆柱体原则上可以实现更高的堆积密度，但这种排列仅部分补偿了剪胀效应。复杂的重新排列导致取向良好区域上方的表面凹陷，而邻近部分仍以堆的形式表现出膨胀效应。对于具有各向同性形状的晶粒，表面保持相当平坦。完美的单分散球体在剪切带中结晶，其中位置有序部分过度补偿了剪胀效应。然而，即使是与理想单分散球体形状的微小偏差也会抑制结晶。