[论文解读] 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 8

一句话总结

本研究采用介观弹塑性模型，探究外部机械噪声如何诱导软玻璃态材料的流体化，揭示了从非单调（剪切带）到单调（均匀）流变行为的通用转变。关键发现是，表征巨大涨落和非平衡动力学的临界指数与噪声模型无关，表明该转变由噪声强度驱动，具有普适性。

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.

研究动机与目标

• 理解外部机械噪声对屈服应力材料流变性能的影响。
• 研究噪声如何与内在自流体化机制竞争。
• 确定从剪切带到均匀流的转变是否在不同噪声模型下具有普适性。
• 表征与此转变相关的临界行为与涨落。

提出的方法

• 采用带有Eshelby传播器的介观弹塑性模型（EPM）以传播弹性应力。
• 实施两种不同的外部噪声模型：一种噪声与局部应力成正比，另一种与局部应变率成正比。
• 在受控应力或应变协议下模拟稳态剪切流。
• 分析宏观剪切速率涨落、关联时间及幂律标度。
• 将数据拟合至类似Landau的展开式以提取临界指数。
• 比较不同噪声模型及系统尺寸下的临界行为。

实验结果

研究问题

• RQ1 外部机械噪声是否在软玻璃态材料中诱导从非单调到单调流的转变？
• RQ2 外部噪声的不同实现方式如何影响低应力下的流变响应？
• RQ3 从剪切局域化到均匀流的转变是否在不同噪声模型下具有普适性？
• RQ4 表征非平衡相变的临界指数是什么？
• RQ5 临界指数是否与微观噪声实现方式无关？

主要发现

• 外部噪声诱导了流体化效应，使系统从非单调流曲线转变为单调流曲线。
• 尽管低应力下流变行为各异，从剪切带到均匀流的转变在不同噪声模型下具有普适性。
• 在转变点附近，宏观剪切速率出现巨大涨落，且表现出长时间相关动力学。
• 涨落方差与关联时间的临界指数在不同噪声模型间保持一致，表明具有普适性。
• 类似Landau的拟合结果证实了连续相变，且临界指数与噪声实现方式无关。
• 所观测的动力学被解释为具有普适标度行为的非平衡相变。