剪切-Jammed 稠浆体在冲击下的裂纹与失效
软凝聚态物质
2025-11-25 v1
摘要
在足够大的应力下，密集且初始类液态的稠浆体可通过剪切-Jammed 过程被强制进入类固态状态。虽然剪切-Jammed 的起始端已广泛研究，但关于高应力下所得类固态状态及其失效的认识仍有限。我们通过在受控速度下冲击密集稠浆体来实现高应力失效。使用玉米淀粉稠浆体，我们在数个数量级内变更冲击速度，并改变流体粘度和表面张力，以识别失效条件。结果与以土豆淀粉或硅胶颗粒的稠浆体进行比较。在裂纹案例中，我们观察到两种裂纹：一种围绕冲击器的主圆形裂纹，随后是次级径向裂纹。通过绘制不同体积分数和冲击速度下径向裂纹起始端的图谱，我们识别了裂纹形成导致至少 50% 概率发生失效的要求。我们发现该概率对颗粒直径变化不敏感，但当溶剂的粘度或表面张力降低时，概率会增加。在稠浆体状态图中，我们划定了剪切-Jammed 刚度的上限，以及在大体积分数和正应力下（远高于剪切-Jammed 起始应力几个数量级）进入裂纹 regime 的交叉点。我们发现许多情况下，裂纹起始与冲击器下方剪切-Jammed 材料内部的塑性变形相关，可在正应力随轴向应变的函数中观察到。对于小体积和大冲击速度，我们发现达到裂纹前的应变硬化。这种更脆性行为导致在裂纹形成前，模量是正在进行塑性变形的剪切-Jammed 稠浆体模量的一个数量级。
引用
@article{arxiv.2511.17742,
title = {Fracture and failure of shear-jammed dense suspensions under impact},
author = {Malcolm Slutzky and Alice Pelosse and Michael van der Naald and Heinrich M. Jaeger},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.17742},
year = {2025}
}