【摘要】：顆粒物質(zhì)廣泛存在,而且與工業(yè)技術(shù)和人們生產(chǎn)生活密切息息相關(guān)。顆粒物質(zhì)一般指由尺寸d1μm的顆粒組成的宏觀體系,具有不同于其他物質(zhì)的許多奇特性質(zhì),其基本規(guī)律遠(yuǎn)沒有被認(rèn)識清楚。顆粒物質(zhì)在外界微小的振動(dòng)下表現(xiàn)出豐富的動(dòng)力學(xué)行為,成為了近幾十年來研究的熱點(diǎn)。顆粒之間通過非線性赫茲接觸或者與顆粒間隙的液橋形成的力鏈網(wǎng),決定了顆粒系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。由于力鏈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,實(shí)驗(yàn)上很難直接探測力鏈之間的相互作用及其演化規(guī)律。本文利用改進(jìn)的低頻力學(xué)譜技術(shù),通過改變外部條件(如外界壓力、浸入深度、剪切振幅、水分含量),測量不同粒徑玻璃珠和NaCl濕顆粒的體系相對能量耗散行為,研究顆粒系統(tǒng)的相關(guān)力學(xué)特性。利用低頻力學(xué)譜技術(shù),研究不同粒徑大小(0.1,0.5和1.9毫米)玻璃珠系統(tǒng)的能量耗散隨振幅、浸入深度和外界壓強(qiáng)之間的變化曲線。研究發(fā)現(xiàn),隨著振蕩探頭浸入深度的增加,三種顆粒體系都呈現(xiàn)凍結(jié)、堵塞和流動(dòng)行為。當(dāng)顆粒尺寸減小時(shí),與堵塞轉(zhuǎn)變相關(guān)的耗散峰向較高的浸入深度處移動(dòng),但隨著外壓力的增加而向較低的深度處移動(dòng),即堵塞轉(zhuǎn)變的臨界深度隨著粒徑的減小而增加,但隨著壓力的增加而減小。我們基于微觀力鏈結(jié)構(gòu)變化很好地解釋了玻璃顆粒體系的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)行為。當(dāng)顆粒系統(tǒng)在凍結(jié)態(tài)時(shí),顆粒之間發(fā)生彈性形變。當(dāng)系統(tǒng)顆處于阻塞狀態(tài)時(shí),一些顆粒為了保持力學(xué)平衡發(fā)生相對滑移,顆粒力鏈重構(gòu)重組。當(dāng)處于流動(dòng)狀態(tài)時(shí),顆粒間相對位移過大,所有顆粒力鏈發(fā)生斷裂。為了探索液橋力對顆粒體系能量耗散行為的影響,我們研究了 NaCl濕顆粒體系在微剪切作用下相對能量耗散和模量的變化曲線。研究發(fā)現(xiàn),隨著剪切振幅增大,NaCl濕顆粒體系的剪切模量G和能量耗散tanφ都展現(xiàn)類似與干顆粒體系的阻塞(Jamming)轉(zhuǎn)變。隨著體系中水含量的增大,濕顆粒體系的剪切模量G和能量耗散tanφ在11wt.%臨界水濃度下均出現(xiàn)一個(gè)峰值,且峰位與應(yīng)變振幅無關(guān),表明此時(shí)體系發(fā)生了結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。
【圖文】：

逡逑圖１－３數(shù)值模擬的非彈性顆粒氣體自由冷卻后期的圖像（恢復(fù)系數(shù)０．６，顆粒４０，０００）邋［２２］逡逑１．３干顆粒物質(zhì)的動(dòng)力學(xué)逡逑■■W逡逑■■■逡逑｜＜１邋？ｐ＾？［逡逑圖１－４各種頻率和振幅振動(dòng)下的典型圖案：條紋、正方形、六邊形、螺旋形、界面，局部逡逑振動(dòng)逡逑這一節(jié)中，我們簡要介紹幾個(gè)主要的解釋顆粒物質(zhì)動(dòng)力學(xué)的實(shí)驗(yàn)和本文將要逡逑５逡逑

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【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O347.7

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本文編號：2710571