软五边形颗粒集合各向同性压缩的微观力学描述

我们通过数值模拟分析了由经典库仑摩擦相互作用的软五边形颗粒组成的集合的各向同性压缩。通过与软圆形颗粒堆积的比较，讨论了初始颗粒形状的影响。我们刻画了堆积分数、弹性模量以及微观结构（颗粒重排、连通性、接触力与颗粒应力分布）随外加应力的演化。两种系统表现相似：堆积分数增加并渐近趋于最大值$\phi_{max}$，此时体积模量发散。在微观尺度上，我们表明即便在阻塞态之后仍会发生颗粒重排，平均配位数随堆积分数平方根增长，且随着堆积分数增大，力与应力分布变得更加均匀。软五边形比圆形颗粒表现出更大的颗粒重排，且该行为随摩擦成比例减小。有趣的是，颗粒间摩擦也促使两种系统中接触力网络的更好均化。由颗粒应力张量表达式出发，我们建立了一个模型，将压缩行为描述为外加压力、杨氏模量与颗粒初始形状的函数。该模型基于颗粒连通性与接触应力的联合演化，从阻塞点直至极高密度均给出了优异的预测。