[論文レビュー] Giant fluctuations in the flow of fluidised soft glassy materials: an elasto-plastic modelling approach

Goff, Magali Le, Bertin, Eric+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2019

Material Dynamics and Properties参考文献 58被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、外部機械的ノイズがソフトグラッシー材料における流動化を引き起こす仕組みを、ミクロスケールの弾塑性モデルを用いて調査し、非単調（剪断帯分離）から単調（均一）な流れへの一般的な転移が生じることを明らかにした。主な発見は、巨大なフラクチュエーションと非平衡ダイナミクスを特徴付ける臨界指数がノイズモデルに依存しないことであり、ノイズ強度によって駆動される普遍的な相転移であることを示している。

ABSTRACT

In this work we study the rheological features of yield stress materials that exhibit non-homogeneous steady flows and that are subjected to an additional mechanical noise. Using a mesoscale elasto-plastic model accounting for a viscosity bifurcation in the flow response to an external shear stress, we find that additional sources of noise can lead to a fluidisation effect. As we increase the noise intensity we evidence a transition from a non-monotonic to a monotonic rheology, associated with giant fluctuations of the macroscopic shear rate and long-time correlated dynamics. Although distinct noise models can lead to different rheological behaviours in the low stress regime, we show that the noise-induced transition from shear-localised to homogeneous flow at higher stresses appears very generic. The observed features in the dynamics can be interpreted as a result of an out-of-equilibrium phase transition, for which we estimate the critical exponents that appear to be independent of the specific choice of the noise implementation for the microscopic dynamics.

研究の動機と目的

• 外部機械的ノイズが降伏応力材料の rheology に与える影響を理解すること。
• ノイズが内在的な自己流動化機構とどのように競合するかを検討すること。
• 剪断帯分離から均一流れへの転移が、異なるノイズモデルにおいても普遍的であるかどうかを特定すること。
• この転移に関連する臨界行動とフラクチュエーションを特徴づけること。

提案手法

• 弾性応力伝播にEshelby伝搬関数を用いたミクロスケール弾塑性モデル（EPM）を採用した。
• ノイズが局所応力に比例するモデルと、ノイズが局所ひずみ率に比例するモデルの2種類の外部ノイズモデルを実装した。
• 制御応力または制御ひずみプロトコルの下で定常状態の剪断流れをシミュレートした。
• 巨視的剪断速度のフラクチュエーション、相関時間、およびべき乗則スケーリングを分析した。
• 臨界指数を抽出するために、データをランダウ型展開にフィットした。
• ノイズモデルおよび系サイズにわたる臨界行動を比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 外部機械的ノイズは、ソフトグラッシー材料において非単調な流れから単調な流れへの転移を誘発するか？
• RQ2 外部ノイズの異なる実装方法は、低応力域における rheological 応答にどのように影響するか？
• RQ3 剪断局在から均一流れへの転移は、ノイズモデルにかかわらず普遍的か？
• RQ4 非平衡相転移を特徴付ける臨界指数は何か？
• RQ5 臨界指数は微視的ノイズ実装に依存しないか？

主な発見

• 外部ノイズは流動化効果を引き起こし、システムを非単調な流れ曲線から単調な流れ曲線へとシフトさせる。
• 剪断帯分離から均一流れへの転移は、異なるノイズモデルにおいても普遍的であるが、低応力域における rheological 行動はそれぞれ異なる。
• 転移点付近に、巨視的剪断速度の巨大フラクチュエーションおよび長時間相関ダイナミクスが出現する。
• フラクチュエーションの分散および相関時間の臨界指数は、ノイズモデル間で一貫しており、普遍性を示唆している。
• ランダウ型フィットにより、ノイズ実装に依存しない連続的相転移が確認された。
• 観察されたダイナミクスは、普遍的スケーリング行動を示す非平衡相転移と解釈される。