微剪切振动下颗粒系统阻塞行为力学谱的研究

发布时间：2020-06-13 03:29

【摘要】：颗粒物质广泛存在,而且与工业技术和人们生产生活密切息息相关。颗粒物质一般指由尺寸d1μm的颗粒组成的宏观体系,具有不同于其他物质的许多奇特性质,其基本规律远没有被认识清楚。颗粒物质在外界微小的振动下表现出丰富的动力学行为,成为了近几十年来研究的热点。颗粒之间通过非线性赫兹接触或者与颗粒间隙的液桥形成的力链网,决定了颗粒系统的动力学性质。由于力链网络结构的复杂性,实验上很难直接探测力链之间的相互作用及其演化规律。本文利用改进的低频力学谱技术,通过改变外部条件(如外界压力、浸入深度、剪切振幅、水分含量),测量不同粒径玻璃珠和NaCl湿颗粒的体系相对能量耗散行为,研究颗粒系统的相关力学特性。利用低频力学谱技术,研究不同粒径大小(0.1,0.5和1.9毫米)玻璃珠系统的能量耗散随振幅、浸入深度和外界压强之间的变化曲线。研究发现,随着振荡探头浸入深度的增加,三种颗粒体系都呈现冻结、堵塞和流动行为。当颗粒尺寸减小时,与堵塞转变相关的耗散峰向较高的浸入深度处移动,但随着外压力的增加而向较低的深度处移动,即堵塞转变的临界深度随着粒径的减小而增加,但随着压力的增加而减小。我们基于微观力链结构变化很好地解释了玻璃颗粒体系的复杂动力学行为。当颗粒系统在冻结态时,颗粒之间发生弹性形变。当系统颗处于阻塞状态时,一些颗粒为了保持力学平衡发生相对滑移,颗粒力链重构重组。当处于流动状态时,颗粒间相对位移过大,所有颗粒力链发生断裂。为了探索液桥力对颗粒体系能量耗散行为的影响,我们研究了 NaCl湿颗粒体系在微剪切作用下相对能量耗散和模量的变化曲线。研究发现,随着剪切振幅增大,NaCl湿颗粒体系的剪切模量G和能量耗散tanφ都展现类似与干颗粒体系的阻塞(Jamming)转变。随着体系中水含量的增大,湿颗粒体系的剪切模量G和能量耗散tanφ在11wt.%临界水浓度下均出现一个峰值,且峰位与应变振幅无关,表明此时体系发生了结构转变。
【图文】：

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【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O347.7

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本文编号：2710571