水凝胶球在颗粒介质上的撞击成坑、铺展与回弹

水凝胶球撞击颗粒靶体会导致球体变形，并在颗粒表面形成称为撞击坑的显著地形特征。我们通过一系列实验研究坑的形成与标度关系，以及球体的铺展直径和撞击后动力学，实验改变了水凝胶球的杨氏模量 $Y$ 和撞击速度 $U_{0}$，以及颗粒靶体的堆积分数和颗粒尺寸。我们确定了坑直径和深度如何依赖于 $Y$，并发现数据与早期使用液滴和硬球的实验一致。具体而言，我们发现坑直径数据与幂律一致，其中当 $Y$ 小于 $200$ Pa 时幂指数变化更剧烈。接下来，我们估算撞击过程中以弹性势能形式储存的撞击动能部分，从而修正可用于成坑的能量。随后，我们确定水凝胶球的变形，发现引入由初始动能与表面能和弹性能量平衡得到的等效速度后，归一化铺展直径数据能很好地坍缩。最后，我们观察到在杨氏模量和撞击速度的某些中间取值下，颗粒会从撞击坑回弹。我们确定了相图，并通过比较弹性毛细铺展时间与撞击持续时间来解释我们的发现。