模型各向同性颗粒堆积的内部状态。I. 组装过程、几何结构与接触网络

这是系列三篇论文中的第一篇，报道了对各向同性压力下球形珠粒静态组装体的几何和力学性质的数值模拟研究。无摩擦系统在压缩过程足够快时，在低压极限下组装成唯一的随机密堆积 (RCP) 状态；较慢的过程会诱发结晶痕迹，并表现出与承力结构的静定性直接相关的特定性质。由不同方法组装的有摩擦堆积的不同结构不能仅通过密度来分类。虽然润滑系统在刚性极限下趋近于 RCP 密度且骨干上的配位数 $z^*\approx 6$，但理想的“振动”程序会产生密度相同但 $z^*\approx 4.5$ 的构型。计算了不同尺度上的近邻相关性并与可用的实验室数据进行了比较，尽管 $z^*$ 值在实验中仍无法获取。低配位堆积含有许多浮游颗粒（超过 10% 的颗粒不承受力），在研究位置相关性时应予以考虑，此外还存在与二价颗粒相关的一小部分无害“软模式”。然而，有摩擦堆积即使在低压下缓慢组装，除了无限摩擦极限外，仍保留有限程度的力不确定性。