三维可变形粒子阻塞堆积的结构、振动与力学性质

我们研究了三维(3D)中具有形状自由度的可变形粒子阻塞堆积的结构、振动和力学性质。每个3D可变形粒子被建模为表面三角化的多面体，其球面顶点位置由形状能量函数确定，该函数包含约束粒子表面积、体积和曲率以及防止粒子间重叠的项。我们表明，无弯曲能的可变形粒子阻塞堆积具有低频的四次振动模，其数量随非球度增加而减少，并与相对于等静力值缺失的接触数相匹配。相反，具有非零弯曲能的可变形粒子阻塞堆积在3D中是等静力的，没有四次模。我们发现，对于零弯曲能的粒子，动力学矩阵本征模中来自形状自由度的贡献在全部频率和形状参数范围内都显著。我们进一步表明，系综平均剪切模量$\langle G \rangle$随压强$P$标度为$\langle G \rangle \sim P^{\beta}$，对于零弯曲能的可变形粒子阻塞堆积，$\beta \approx 0.75$。相反，对于非零弯曲能的可变形粒子堆积，$\beta \approx 0.5$，这与固定形状的软球粒子阻塞堆积的值一致。这些研究强调了在建模阻塞软物质性质时考虑粒子可变形性和形状变化的重要性。