颗粒尺寸分散度对颗粒体系力学和几何结构特性的影响*

冯旭张国华 孙其诚

1)(北京科技大学物理系，北京 100083)

2)(清华大学，水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京 100084)

(2013年5月4日收到;2013年6月18日收到修改稿)

1 引言

近年来，无序材料的力学和几何结构特性受到了较多关注.Silbert和Silbert[1]对比分析了三维无摩擦和有摩擦颗粒体系的静态结构因子S(k)，发现光滑颗粒体系在双对数坐标下S(k)曲线在低k区的线性行为，其斜率近似为1.Xu和Ching[2]研究了三维双分散光滑颗粒体系中，发现静态结构因子强烈的依赖颗粒粒径比，以前发现的低k部分的S(k)∼k仅仅是颗粒的粒径比接近1时的特殊情况.

与此同时，关于二维体系力学和几何结构特性的研究也取得了很大进展.Han等[3]研究了二维胶体晶体的取向序关联函数，发现当处于Hexatic相-液相共存区时，系统的取向序关联函数g6(r)∼e-r/ξ6，且取向序关联长度ξ6随面密度ρ的变化规律与Kosterlitz-Thouless-Halperin-Nelson-Young理论的预测相符[4].Peng等[5]发现甚至当二维胶体晶体融化到液相时，取向序关联g6(r)曲线仍然以指数方式衰减.

近年来，关于二维体系结构因子的研究也取得了很大进展.Meyer等[6]发现在中间波矢区域二维聚合物溶液结构因子随k呈幂律标度S(k)∼kν，且随着链长度N的增加，幂律指数ν从-2变到-3.Wen等[7]发现二维颗粒链的静态结构因子S(k)∼k-2，与密集的聚合物溶液结构相似.

在本文中，我们用颗粒离散元法(DEM)生成了由2048个二维圆形颗粒、边壁压强为1000Pa的系统，为了研究颗粒尺寸分散度s对系统性质的影响，每个分散度下随机生成100个位形.通过研究体系的配位数、剪切模……