颗粒缓慢摩擦拖曳的几何依赖本构定律

实验研究从颗粒床中非常缓慢地竖直抽出细杆时的摩擦本构定律。使用非常精确的蠕变仪，特别考察了几何依赖的颗粒摩擦本构定律。在之前一些工作中，使用无量纲数 $I=\dot{\gamma}D_g/\sqrt{p/\rho_g}$ 来表征颗粒摩擦本构定律，其中 $\dot{\gamma}$、$D_g$、$p$ 和 $\rho_g$ 分别是剪切应变率、颗粒直径、围压和颗粒床的堆积密度。一般认为由 $I$ 表示的颗粒摩擦本构定律在稠密流动状态下是普适的（几乎与几何无关）。然而，本研究发现，在非常缓慢的抽出状态下，系统的几何形状对表征颗粒摩擦更为关键。具体而言，杆与颗粒直径之比必须是描述颗粒摩擦本构定律的基本参数。基于颗粒接触数依赖的颗粒行为讨论了该几何依赖本构定律的物理意义。