颗粒材料中的摩擦定律与滞后性

颗粒材料的宏观摩擦通常随流速增加而减弱，导致包括地震和滑坡在内的潜在灾难性间歇现象。我们在理论和数值上研究了简单颗粒材料中的这一现象。我们表明，即使动力学和静力学微观摩擦系数相同，也会出现速度弱化（对应于摩擦定律 $\mu(I)$ 的非单调行为），但对于较软的粒子则消失。我们认为这种不稳定性是由内源性声噪声引起的，声噪声倾向于使接触滑动，从而导致更快的流动和增加的噪声。我们表明，软点或材料中的可激发区域对应于即将滑动的滚动接触，其密度由非平凡指数 $\theta_s$ 描述。我们构建了关于 $\mu(I)$ 非单调性的微观理论，该理论还预测了声噪声、滑动接触比例 $\chi$ 和滑动速度的标度行为，均以 $\theta_s$ 表示。令人惊讶的是，当粒子变得无限硬时，这些量没有极限，这已得到数值证实。我们的分析合理化了先前未解释的观察结果，并做出了新的可实验测试的预测。