Soft-Dynamics simulations (1): two particles

Soft Dynamics: Hertz (squeezed) and Poiseuille (viscous) regimes. Optimal approach strategy: adapt force κ as a function of separation h(t) to remain at H/P boundary. Soft Dynamics simulation. 1. Normal approach of two deformable particles in a viscous fluid and optimal-approach strategy
Pierre Rognon, Cyprien Gay. (contacts)
Eur. Phys. J. E 27, 253-260 (2008) - BibTeX

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Contexte : pour en savoir plus sur la rhéologie d'une mousse / More about foam rheology

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Abstract / Résumé

Les méthodes de simulation discrète sont efficaces pour étudier le comportement complexe des fluides constitués de matériaux granulaires ou de suspensions diluées. En revanche, les matériaux constitués d'éléments mous ou concentrés (émulsions, mousses, vésicules, suspensions denses) donnent parfois lieu à la fois à une déflection élastique significative des particules (réponse de type Hertz) et à des forces visqueuses élevées (liquide écrasé). Nous soulignons le fait que l'interstice entre deux particules n'est alors pas déterminé par la seule position de leur centre: il possède sa propre dynamique. Nous proposons une nouvelle méthode numérique discrète, appelée Soft Dynamics, pour simuler la dynamique combinée des particules et de leurs contacts. À titre d'illustration, nous présentons les résultats pour l'approche de deux particules. Nous retrouvons le comportement en loi d'échelle attendu dans trois limites : la limite de Stokes pour un gap très grand, la limite lubrifiée de type Poiseuille pour de faibles gaps et des déflections élastiques plus petites encore, et la limite de Hertz pour des déflections significatives. Des simulations à grande échelle avec cette méthode seront un outil prometteur pour étudier le comportement collectif de nombreux matériaux complexes.

Discrete simulation methods are efficient tools to investigate the complex behaviors of complex fluids made of either dry granular materials or dilute suspensions. By contrast, materials made of soft and/or concentrated units (emulsions, foams, vesicles, dense suspensions) can exhibit both significant elastic particle deflections (Hertz-like response) and strong viscous forces (squeezed liquid). We point out that the gap between two particles is then not determined solely by the positions of their centers, but rather exhibits its own dynamics. We provide a new discrete numerical method, named Soft Dynamics, to simulate the combined dynamics of particles and contacts. As an illustration, we present the results for the approach of two particles. We recover the scaling behaviors expected in three limits: the Stokes limit for very large gaps, the Poiseuille-lubricated limit for small gaps and even smaller surface deflections, and the Hertz limit for significant surface deflections. Larger scale simulations with this new method are a promising tool for investigating the collective behaviors of many complex materials.

 
publications/2008hertzpoiseuille.txt · Dernière modification: 2018/02/01 10:27 par cgay
 
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