Dependencia logarítmica de la velocidad de las redes de fuerza en materiales granulares cortados

Área de la Ciencia:

• Física de los materiales granulares Física de los materiales granulares Física de los materiales granulares
• Reología de los flujos granulares densos.
• Mecánica estadística de los sistemas desordenados.

Sus antecedentes:

• Los modelos tradicionales de flujo granular a menudo asumen que la tensión es independiente de la velocidad de cizallamiento.
• Sin embargo, fenómenos como la fricción sólido-sólido y los procesos geológicos exhiben dependencia de tasa logarítmica.
• Esto sugiere la necesidad de investigar más de cerca los efectos de la velocidad en sistemas granulares.

Objetivo del estudio:

• Para investigar la relación entre la velocidad de cizallamiento y la tensión interna en un sistema granular.
• Para determinar si las tensiones granulares exhiben dependencia de velocidad, en particular dependencia logarítmica.
• Explorar el impacto de la velocidad de cizallamiento en las redes de fuerza y la dinámica de relajación de la tensión.

Principales métodos:

• Utilizó un sistema bidimensional de discos fotoelásticos bajo corte lento.
• Utilizó la fotoelasticidad para medir las fuerzas a escala granular.
• Se analizó el comportamiento promedio del tiempo de esfuerzo para las deformaciones plásticas y elásticas.

Principales resultados:

• La tensión media muestra una dependencia logarítmica de la velocidad de cizallamiento para las deformaciones plásticas (irreversibles).
• Las deformaciones elásticas (reversibles) no muestran ninguna dependencia discernible de la velocidad.
• El aumento de las tasas de cizallamiento fortalece la red de fuerza, mejora las fluctuaciones de tensión y altera las distribuciones de eventos de tensión.

Conclusiones:

• La tensión granular depende de la velocidad de cizallamiento para las deformaciones irreversibles, siguiendo una relación logarítmica.
• El sistema exhibe una lenta relajación colectiva de la red de estrés, proporcionando un mecanismo para el fortalecimiento dependiente de la velocidad.
• El comportamiento cualitativamente se asemeja a los efectos de mayor densidad, destacando el papel de los reordenamientos de la red.