剪切颗粒层中粘滑摩擦的时间分辨研究

本文对经历粘滑运动的剪切颗粒层进行了灵敏且快速的力测量，并同时进行成像。对尺寸分布为 ±20% 的球形颗粒进行了全面研究。在低驱动速度下，由于颗粒层的反复流化而发生粘滑运动。在主要滑移事件之间，发生了从一个事件到下一个事件变化的轻微蠕变。本文详细研究了改变驱动系统的刚度 k 和速度 V 的影响。在很宽的参数范围内，球形颗粒的粘滑运动几乎是周期性的，但当 k 较大且 V 相对较小时变得不规则。在较大的 V 下，运动变得更平滑，并受到限定颗粒层上板的惯性影响。本文给出了相对运动的周期 T 和振幅 A 作为 V 的函数的测量结果。在临界值 Vc 处，发生了向连续滑移运动的转变，对于不太大的 k 该转变是不连续的。确定了在单个滑移事件内上板瞬时速度的时间依赖性以及由颗粒层产生的摩擦力。该力是瞬时速度的多值函数，具有显著的滞后并在重新粘滞前突然下降。垂直位移测量揭示了与每次滑移事件相关的材料微小膨胀（在 20 个颗粒深的层中约为平均颗粒尺寸的十分之一）。最后，光学成像揭示了局部微观重排在每次滑移事件之前（及之后）发生。将光滑颗粒的行为与粗糙颗粒的行为进行了对比。