《聚集態顆粒物質的能量輸運和耗散性質研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由劉長松擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：聚集態顆粒物質的能量輸運和耗散性質研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉長松
- 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
顆粒物質的能量輸運與耗散性質是其動力學研究的一個重要問題，由於顆粒的離散性和接觸時能量發生耗散等特徵，聚集態顆粒體系中的能量輸運與耗散研究進展緩慢。在前期工作基礎上，本課題開展聚集態顆粒物質的能量輸運和耗散性質研究，考慮到體系內部的力鏈網路結構特徵，以一維複合顆粒鏈、規則球形顆粒、無規顆粒沙子組成的顆粒體系等為研究對象，以分子動力學模擬和力學實驗為手段研究在衝擊波和切變應力波作用下這些顆粒體系的力學回響特性，以應力波的能量傳輸和耗散性質與顆粒聚集體的微結構（顆粒鏈排列方式、堆積係數和濕度等）以及其它因素（振幅、頻率等）之間的內在關係為主線，通過分析顆粒鏈中孤立波的分解、反射和透射以及顆粒物質中能量耗散峰的變化特徵，獲得顆粒聚集體中應力波能量傳輸和耗散的影響因素及其規律，並給予合理的解釋，同時拓展傳統內耗技術的套用範圍，希望獲得顆粒聚集體中力鏈隨外場變化的動態信息與規律。
結題摘要
顆粒物質的能量輸運與耗散性質是其動力學研究的一個重要問題，由於顆粒的離散性和接觸時能量發生耗散等特徵，聚集態顆粒體系中的能量輸運與耗散研究進展緩慢。本項目結合分子動力學模擬和力學譜實驗研究了聚集態顆粒物質的能量輸運和耗散性質。主要研究內容和結論如下：（1）研究孤立波在不同複合顆粒鏈中的分解、傳播和反射行為，獲得衝擊波能量在複合顆粒鏈中以及某些特殊的顆粒體系中的傳輸規律。研究發現孤立波的相速度與孤立波的順序數之間滿足指數關係，同時孤立波串中的孤立波個數與輕重顆粒的約化質量也滿足指數衰減關係。（2）利用力學譜技術研究不同類型顆粒物質（細沙、鋁粉與鐵粉）的能量耗散行為。研究發現對於不同類型的顆粒體系，在其能量耗散-頻率譜線上均出現一系列峰，對應於不同長度顆粒鏈的共振耗散行為，這些耗散峰位置之間的比值是一個常數；在外壓強p作用下，顆粒間的形變數δ與p的2/3次方成正比關係；顆粒鏈的共振頻率隨形變數、壓強等因素之間存在一個線性關係，實驗數據的斜率與由Hertz定律得到的理論計算值（6.35）基本一致，這表明Hertz定律完全可以定量描述三維體系中顆粒鏈在低頻剪下振動下的耗散行為與彈性性質。（3）利用力學譜實驗手段研究了濕顆粒體系和膠體溶液的能量耗散與相轉變行為。對於沙水混合體系，在其能量耗散隨水體積分數變化曲線上出現一個尖銳的峰，初步分析認為它與濕顆粒體系在某一體積分數下形成的複雜結構相關。在Pluronic L64膠體溶液中觀測了凝膠形成的動態過程，發現凝膠的形成主要是由體系中膠體粒子形成的逾滲網路結構演變而來；構建了PNIPAM微凝膠體系在不同交聯度、溫度和濃度下的相圖，發現兩種玻璃化行為，提出了它們的形成機制。該項研究工作對於認識與理解顆粒物質體系的動力學性質具有重要學術意義和實際套用價值。
