Force chains in crystalline and frustrated packing visualized by stress-birefringent spheres.


Journal

Soft matter
ISSN: 1744-6848
Titre abrégé: Soft Matter
Pays: England
ID NLM: 101295070

Informations de publication

Date de publication:
28 Apr 2021
Historique:
entrez: 28 4 2021
pubmed: 29 4 2021
medline: 29 4 2021
Statut: ppublish

Résumé

Force networks play an important role in the stability of configurations when granular material is packed into a container. These networks can redirect part of the weight of grains inside a container to the side walls. We employ monodisperse stress-birefringent spheres to visualize the contact forces in a quasi-2D and a nearly-2D configuration of these spheres in a thin cuboid cell. The packing structures are particularly simple: a hexagonal lattice in the ground state when the cell width is equal to the sphere diameter, and a frustrated, slightly distorted lattice in thicker cells. The force redistribution is substantially changed by this geometrical modification. In both cases, we observe an 'inverse' Janssen effect with the pressure decreasing from the top to the bottom of the container when the material is loaded with a weight on top of the vessel.

Identifiants

pubmed: 33908432
doi: 10.1039/d0sm02048f
doi:

Types de publication

Journal Article

Langues

eng

Sous-ensembles de citation

IM

Pagination

4317-4327

Auteurs

David Fischer (D)

Institut für Physik, Otto-von-Guericke-Universität, Abteilung Nichtlineare Phänomene, Universitätsplatz 2, D-39106 Magdeburg, Germany. ralf.stannarius@ovgu.de.

Ralf Stannarius (R)

Institut für Physik, Otto-von-Guericke-Universität, Abteilung Nichtlineare Phänomene, Universitätsplatz 2, D-39106 Magdeburg, Germany. ralf.stannarius@ovgu.de.

Karsten Tell (K)

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Institut für Materialphysik im Weltraum, Köln, Germany and Institut für Theoretische Physik, Universität zu Köln, Zülpicher Strasse 77, D-50937 Köln, Germany.

Peidong Yu (P)

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Institut für Materialphysik im Weltraum, Köln, Germany and Institut für Theoretische Physik, Universität zu Köln, Zülpicher Strasse 77, D-50937 Köln, Germany.

Matthias Sperl (M)

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Institut für Materialphysik im Weltraum, Köln, Germany and Institut für Theoretische Physik, Universität zu Köln, Zülpicher Strasse 77, D-50937 Köln, Germany.

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