Studies of random packings of non-spherical objects

非球形物体随机堆积的研究

基本信息

  • 批准号:
    1308235
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 28.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-09-01 至 2017-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

TECHNICAL SUMMARY This award supports theoretical research and educational activities focused to develop a theory that can be used to estimate the packing density of objects of arbitrary shapes in random configurations. The PI will use the theory to search for the best random packing in the space of object shapes. This research will bring together mathematical formulations from spin-glass theory such as cavity methods and belief propagation to calculate the force distribution and the coordination number, and the statistical mechanics formulation of volume fluctuations. The PI expects that this synergistic approach will produce a more comprehensive picture of the packing problem of non-spherical particles than before. The theory will estimate the optimum packing fraction for a class of shapes as an analytical continuation from the spherical point, thus paving the way for a systematic investigation of an extension of Ulam's conjecture for random packings. The development of a theoretical framework to solve a fundamental and ancient problem in physics and mathematics will have applications in diverse industries that employ particulate matter, and is therefore of great interest to engineers, material scientists, physicists and mathematicians alike. The PI is committed to involve students from underrepresented groups in the project. The research will also contribute to curriculum development by enriching instruction in granular matter. Data obtained from simulations will be made available to the broader research community through the project website.NONTECHNICAL SUMMARY This award supports theoretical research and educational activities focused to study non-spherical particles pack. Finding the densest packing of objects is an outstanding materials science problem that originated with Kepler's conjecture more than 400 years ago. Almost all shapes existing in nature are non-spherical and it is believed that non-spherical particles or grains can pack more densely than spheres. This opens the exciting possibility for efficient packing optimization by shape variation. The packing problem appears in a broad range of scientific disciplines from self-assembly of nanoparticles to virus assemblies. It has also potential impact on industries involved in the processing of granular materials from concrete to nanocomposite materials.The PI is committed to involve students from underrepresented groups in the project. The research will also contribute to curriculum development by enriching instruction in granular matter. Data obtained from simulations will be made available to the broader research community through the project website.
该奖项支持理论研究和教育活动,重点是开发一种理论,可用于估计随机配置中任意形状物体的堆积密度。PI将使用该理论在物体形状的空间中搜索最佳随机包装。这项研究将汇集来自自旋玻璃理论的数学公式,如腔方法和置信传播,以计算力分布和配位数,以及体积波动的统计力学公式。PI预计,这种协同方法将产生比以前更全面的非球形颗粒的包装问题的图片。该理论将估计的最佳包装分数一类形状作为一个分析的延续,从球形点,从而铺平了道路,为系统的调查扩展乌拉姆的猜想随机包装。开发一个理论框架来解决物理学和数学中的一个基本和古老的问题,将在使用颗粒物质的各种行业中得到应用,因此工程师,材料科学家,物理学家和数学家都非常感兴趣。PI致力于让来自代表性不足群体的学生参与该项目。 这项研究也将有助于课程的发展,丰富教学颗粒物质。从模拟中获得的数据将通过项目网站提供给更广泛的研究社区。NONTECHNICAL概要该奖项支持理论研究和教育活动,重点研究非球形颗粒包。寻找物体的密排是材料科学的一个突出问题,起源于400多年前的开普勒猜想。自然界中存在的几乎所有形状都是非球形的,并且据信非球形颗粒或晶粒可以比球形更致密地堆积。这打开了令人兴奋的可能性,有效的包装优化的形状变化。包装问题出现在从纳米粒子的自组装到病毒组装的广泛科学学科中。它也对从混凝土到纳米复合材料的颗粒材料加工行业产生了潜在的影响。PI致力于让来自代表性不足群体的学生参与该项目。 这项研究也将有助于课程的发展,丰富教学颗粒物质。从模拟中获得的数据将通过项目网站提供给更广泛的研究界。

项目成果

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