非热系统平面剪切流中非线性速度剖面的稳定化

我们通过分子动力学模拟，研究了二维空间中受边界驱动的平面剪切流下的模型颗粒系统，旨在更全面地理解致密颗粒系统如何响应外加剪切。我们特别关注确定这些系统何时会具有线性速度剖面，以及何时会在剪切作用下形成高度局域化的速度剖面。在先前对类似系统的研究中，我们表明当剪切边界的速度超过材料中剪切波的速度时，会形成非线性速度剖面。然而，我们发现这些系统中的非线性速度剖面在极长时间下是不稳定的。非线性程度随时间缓慢降低；当颗粒温度和密度剖面在长时间下在整个系统中变得均匀时，速度剖面变为线性。我们测量了速度剖面变为线性所需的时间 $t_l$，发现 $t_l$ 随剪切边界速度呈幂律增长，并随堆积分数接近随机密堆积而迅速增加。我们还进行了模拟，通过在剪切流过程中垂直振动其中一个边界来维持系统内颗粒温度的差异。我们发现，如果系统内颗粒温度的差异超过一个阈值（该阈值与相同平均密度下平衡系统中的玻璃化转变温度相当），则会形成非线性速度剖面并在长时间下保持稳定。最后，当施加的剪切应力降低到系统静态部分的屈服应力以下时，剪切和振动系统会形成稳定的剪切带，即高度局域化的速度剖面。