非晶椭球堆积中非普适的 Voronoi 单元形状

在具有短程相互作用的颗粒系统中，如颗粒物质或简单流体，局部结构在决定宏观物理性质方面起着关键作用。在此，我们分析了从不同纵横比 $\alpha$ 和全局体积分数 $\phi_g$ 的扁椭球配置的 Voronoi 图导出的局部结构度量。我们关注通过断层扫描成像和离散元法模拟获得的摩擦椭球的阻塞静态配置。特别地，我们考虑局部堆积分数 $\phi_l$，定义为颗粒体积除以其 Voronoi 单元体积。我们发现 Voronoi 单元具有给定局部堆积分数的概率 $P(\phi_l)$ 显示出与随机球体堆积观察到的相同的关于 $\phi_g$ 的标度行为。令人惊讶的是，这种标度行为被发现与颗粒纵横比无关。相比之下，由 Minkowski 张量各向异性指数 $\beta=\beta_0^{2,0}$ 量化的典型 Voronoi 单元形状表明，随机球体堆积与扁椭球堆积之间存在显著差异。虽然具有给定 $\phi_l$ 值的所有单元的平均单元形状 $\beta$ 在致密和松散阻塞球体堆积中非常相似，但致密和松散椭球堆积的结构差异很大，以至于情况并非如此。这种非普适性对我们理解非球形颗粒的阻塞具有重要意义。