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论文作者:朱震刚等 期刊:《欧洲物理快讯》 发布时间:2008-6-30 16:15:43
颗粒物质中能量释放与衰减研究
 
近年来,中科院固体物理研究所研究员刘长松、朱震刚等采用传统的力学谱(内耗)技术(Mechanical Spectroscopy or Internal Friction)和分子动力学方法,对颗粒物质中能量释放与衰减性质方面的研究,取得了一系列实质性进展,其研究成果已陆续发表在Phys. Rev. E 75, 041302(2007); ibid. 76, 041305(2007); ibid. 77, 060301(R)(2008); Europhys. Lett. 82, 24004(2008)上。
 
课题组通过运用分子动力学方法研究了冲击波作用下一维复合对称颗粒链“捕获”冲击波后的能量释放规律,发现了冲击波能量释放的幂率规律及渡跃现象,并通过统计分析得到的能量释放大小和时间间隔分布概率给予合理的解释。
 
课题组通过对传统的内耗技术进行改进,设计并建造了适用于研究颗粒物质的力学谱仪,在此基础上研究了颗粒物质(细纱)振动能量耗散的振幅谱、深度谱和频率谱,观察到一些非常有意义的现象:随着振幅的增加振幅谱上出现一个能量耗散峰且该耗散峰会随着测量探针插入颗粒体系深度的增加而向高振幅移动;随着频率的增加依次在频率谱上出现四个能量耗散峰。提出了流变耗散和共振耗散机制并合理地解释观测到的振幅耗散峰和频率耗散峰,得到了在微剪切振动下颗粒微观构型和力链结构转变的证据。表明力学谱技术可作为探测颗粒体系力链分布规律的一种有效手段,预示传统的内耗技术在颗粒物质研究中也大有作为。
 
颗粒物质(granular matter)一般是指直径在1微米以上的大量颗粒组成的集合体,是以离散态形式存在的物质形态。由于颗粒物质行为特征复杂、丰富、奇异,许许多多问题仍未解决,但又与我们日常生活和工农业生产联系密切,对颗粒物质的研究在近十多年来得到各国科研机构的重视,成为当前十分活跃的研究领域之一。颗粒物质很久以来就被用做减震防撞击的保护介质,如体育运动跳远用的沙坑等。目前科研人员和技术人员正在试图设计出精密的颗粒装置来防护冲击波的瞬间强大破坏力(如恐怖袭击),其中的关键问题之一就是掌握颗粒物质“捕获”冲击波后的能量释放规律及其依赖因素以及颗粒体系中能量耗散机制。固体所科研人员在该领域的研究成果,已引起了国内外同行的广泛关注。该项目得到了国家自然科学基金委、中国科学院创新性工程项目和中科院“百人计划”的支持。(来源:中科院合肥物质科学研究院)
 
(《欧洲物理快讯》(Europhysics Letters),82 (2008) 24004 DOI: 10.1209/0295-5075/82/24004,W.-J. Wang and Z.-G. Zhu)
 
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