稠密剪切流中颗粒微观结构的特征

颗粒材料对剪切应力的反应与普通流体不同。干沙或无黏附粉末等材料并非均匀变形，而是形成剪切带：包含大相对粒子运动的狭窄区域，使相邻区域基本保持刚性[1,2,3,4,5]。由于剪切带标志着流动区域、材料破坏和能量耗散，它们在许多工业、土木工程和地球物理过程中起着关键作用[6]。它们也出现在相关环境中，例如限制在超薄分子层中的润滑流体[7]。关于三维几何构型中剪切带内运动的详细信息，包括粒子旋转程度和粒子间滑移，仍然缺乏。同样，关于单个颗粒的性质——它们的微观结构——如何影响密堆积材料中的运动，了解也很少[5]。结合磁共振成像、X射线断层扫描和高速视频粒子追踪，我们获得了库埃特几何构型中剪切流的局部稳态粒子速度、旋转和堆密度。我们发现颗粒微观结构的关键特征决定了速度剖面的形状。