颗粒的力学前沿研究
文一：
光滑粒子流体动力学数值格式面临的重大挑战
摘要：
本文简要回顾了光滑粒子流体动力学（SPH）方法所面临的巨大挑战。SPH作为一种无网格方法，可以模拟从天体物理学到自由表面流，再到工业中复杂的混合问题的广泛应用，并取得了显著的成功。作为一种年轻的计算方法，SPH方法仍然需要发展，以解决阻碍更广泛使用的重要因素。这项工作是由SPH搜索和引擎搜索国际社区（SPERIC）的成员领导的，他们已经确定了SPH的重大挑战。SPHERIC SPH大挑战（GC）分为5类：（GC1）收敛性、一致性和稳定性，（GC2）边界条件，（GC3）自适应性，（GC4）与其他模型的耦合，以及（GC5）对工业的适用性。SPH大挑战旨在吸引世界各地研究人员、开发人员和用户的注意力和活动。本文介绍了每个SPH大挑战的现状，并讨论了未来发展的领域。
图：存在雷诺数等于180的自由表面时绕圆柱体流动
图：波纹底槽内晃荡流动的 SPH-FVM 耦合模拟
图：用VisualSPHysics制作的浮船图片
文二：
从颗粒热力学角度看土壤颗粒重排的热力-水力-力学耦合机制
摘要：
本文在颗粒热力学的框架下，针对饱和/非饱和土的颗粒重排问题，建立了一种耦合的热-水-力学机制。该模型避免了诸如流动规律、屈服函数、耗散势函数和硬化准则等概念。考虑到具有退化因子的固体骨架的结构强度，通过构造弹性势能的密度函数来反映荷载路径和土壤结构的影响。也就是说，应力状态的变化与土壤颗粒的重排和不同物质相之间的转变密切相关。导出了适用于热-水-机械耦合过程的广义有效应力原理。推导的广义相应力不同于基于线弹性多孔介质的经典有效原理，可以自动考虑应力路径、温度路径和土壤结构的影响。所建立的模型跨越了从非饱和土到饱和土的整个过程，并通过典型试验结果进行了验证。
图：饱和土的参数敏感性：（a）孔隙水压力；和（b）体积应变。
图：势能函数参数对非饱和土的影响：（a）体积应变；和（b）参数敏感性
文三：
复合电池阴极中粒子网络的动力学
摘要：
改善复合电池电极需要精细控制活性材料和电极配方。电化学活性颗粒通过与周围的导电网络相互作用来履行其作为能量交换储层的作用。我们制定了网络演化模型，以解释这些颗粒的电化学活性和机械损伤之间的调节和平衡。通过使用X射线相的对比度图对数千个颗粒进行统计分析，基于LINI.8MN0.1CO0.1O2的阴极，我们发现局部网络异质性导致早期周期中的异步活动，随后粒子朝向粒子的组件向朝向同步行为。我们的研究指出了单个颗粒的化学力学行为，并可以更好地设计导电网络，以优化操作过程中所有颗粒的实用性。
图：电池电极中的不均匀颗粒损坏。（A）10个循环电极和（B）50个循环电极中严重受损颗粒的空间分布。粒子损坏的程度是用颜色编码的。选定的代表性区域被放大以更好地可视化。放大视图中标注了中心受损粒子与其三个最近相邻受损粒子之间的距离。（C） 在10个循环电极和50个循环电极中，两个相邻严重受损粒子之间的距离的概率分布。
图：NMC阴极中的电化学活性和机械损伤的有限元分析。（A） 电池充电过程中的复合模型示意图。（B） 归一化的Li浓度分布描述了第一次充电过程中系统相对于归一化时间t/t的固有不均匀性，其中t是Li反应的实时时间，t=720s是达到NMC满容量的理论时间。尽管粒子从相同的电荷状态开始，但在第一次充电过程结束时，Li的浓度不同。（C） 三种NMC粒子间Li浓度分布的变化。总体趋势显示了同步行为的趋势。（D） 三个NMC活性粒子的损伤分布在第一次充电过程接近尾声时出现分歧。随着循环过程的进行，所有三个粒子的损伤轮廓都会收敛。（E） 每个粒子与平均损伤轮廓的偏差（黑色虚线）。
图：粒子属性建模的可解释的机器学习框架。所有属性的贡献分数对颗粒损伤的10循环（绿色）和50循环（蓝色）电极的贡献。三角形和平方标记分别代表了两种鲁棒性验证方法，数据缩放和随机种子的结果。在顶部绘制了10个循环和50个循环数据之间贡献分数（n = 20）差异的平均值（n = 20）。
文四：
定向能沉积增材制造过程中粒度对粉末流变性的影响及对质量流量的影响
摘要：
用于定向能量沉积三维打印的金属粉末受到传统粉末角色塑造所不能捕获的粒子、粒子和气体相互作用的影响。通过在三个商业给粉机上对用于定向能沉积的瘦(UNS S32101)、标准(UNS S32205)和超(UNS S32750)双相不锈钢粉末的质量流量测量来确定粉末性能的变化。在这些不同的系统中，精益级始终显示最低的质量流量。这三种粉末之间的差异只能通过先进的粉末和流变角色塑造工具来确定，这些工具将粉末的特性和流变特性与粉末的流动和性能联系起来。在稀薄级别中向较大粒径分布的微小变化产生了较高比例的较大颗粒，其质量较大，能够抵抗运动并增加流动阻力。在流变试验中，通过较高的粘聚强度和流态化测量，获得了较高的流动阻力。
图：（a）（b）（c）质量流速和（d）（e）（f）的偏差构建（a）（d）精益的几何形状，（b）（e）标准，以及（c）（f）超级双链不锈钢使用相同的粉末喂食机设置，通过数量和层沉积。
图：（a）精益（b）标准和（c）超级双工不锈钢粉末的次级电子图像
图：集成到定向能量沉积增材制造系统中的常见粉末进料器设计的示意图。代表了（a）螺旋给料、（b）垂直轮和（c）水平圆盘给粉机的设计。
文五：
珊瑚砂剪切特性的粒径和围压效应的实验研究
摘要：
粒度和凝聚力是赋予珊瑚砂剪切特性的重要因素。在这项研究中，在不同的条件下进行了多个固结的三轴剪切测试，以分别在临界夹层和剪切强度方面探索了部分分裂大小和珊瑚砂剪切特性的固定压力。比较了不同条件下珊瑚砂的颗粒存活率。发现（i）舒适的系数和膨胀系数与有效的浓缩压力具有半阶层线性关系。随着效率增强压力的增加，珊瑚砂的应变软化和膨胀逐渐减弱。与天粒子珊瑚砂相比，大粒子珊瑚砂的应变和膨胀以更大的速度，并且变形曲线的模式转换发生在强度曲线之前。（ii）在相同的相对密度下，由于具有不同粒径的珊瑚砂的空隙之比有所不同，因此随着有效的浓缩压力的增加，剪切强度偏差逐渐增加。因此，珊瑚砂的内部摩擦角随粒径的增加而降低，而其明显的内聚力却呈现出相反的趋势。（iii）在单粒子压碎强度和颗粒配位数的联合作用下，粗珊瑚砂（d = 1.0–2.0 mm）显示出粒子断裂的最大量。
图：研究区域的位置：南沙群岛的一个位置；b吹填区；c南海南沙地区岛礁沉积带的分布
图：不同粒径珊瑚砂的粒径分布曲线
图：单颗粒抗压强度和配位数随粒径变化的示意图
