A cohesive granular material with tunable elasticity.
A cohesive granular material with tunable elasticity.
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DOI：
10.1038/srep35650
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发表时间：
2016-10-24
影响因子：
4.6
通讯作者：
Goehring L
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Hemmerle A;Schröter M;Goehring L
通过将玻璃微珠与可固化聚合物混合，我们创建了一种定义明确的粘性颗粒介质，通过固化的、因此具有弹性的毛细管桥将其结合在一起。这种材料的几何形状类似于湿填充珠子，但对将颗粒结合在一起的键的弹性有额外的控制。我们证明，通过调整桥的大小和刚度以及颗粒的大小，它的机械响应可以在几个数量级上变化。结合原位X射线显微断层扫描，对其在无侧限单轴压缩下的破坏机理进行了探讨。我们发现，无论凝聚体的硬度如何，一个宽线弹性区域在大约8%的极限应变处结束，这对应于剪切破坏的开始。微调这种简单材料的硬度、大小和形状的可能性使其成为研究多孔岩石破裂、地震学或粘性多孔介质中根生长的理想模型系统。
By mixing glass beads with a curable polymer we create a well-defined cohesive granular medium, held together by solidified, and hence elastic, capillary bridges. This material has a geometry similar to a wet packing of beads, but with an additional control over the elasticity of the bonds holding the particles together. We show that its mechanical response can be varied over several orders of magnitude by adjusting the size and stiffness of the bridges, and the size of the particles. We also investigate its mechanism of failure under unconfined uniaxial compression in combination with in situ x-ray microtomography. We show that a broad linear-elastic regime ends at a limiting strain of about 8%, whatever the stiffness of the agglomerate, which corresponds to the beginning of shear failure. The possibility to finely tune the stiffness, size and shape of this simple material makes it an ideal model system for investigations on, for example, fracturing of porous rocks, seismology, or root growth in cohesive porous media.
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