非球形颗粒堵塞的普适性

已知椭球体和球柱体等非球形颗粒的无序堆积是低配位的：颗粒间的机械接触数小于自由度数量，从而违背麦克斯韦机械稳定性判据。本工作中，我们提出了低配位无序堆积及其相关堵塞转变的一般理论。首先，我们表明许多系统落入同一普适类。作为一个例子，我们显式地将椭球体映射为“呼吸”粒子系统。我们通过边际稳定性论证表明，在这两种情况下堵塞堆积均为低配位，且与接触数和振动态密度相关的临界指数相同。此外，我们引入了一个广义感知机模型，该模型可通过副本法解析求解。解析解预测了同一低配位堵塞普适类中的临界指数。我们的分析进一步揭示，低配位堵塞的力和间隙分布不呈现幂律行为，这与球形颗粒的等配位堵塞形成鲜明对比。最后，我们通过数值模拟证实了我们的理论预测。