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近几年来,孤立波在一维颗粒链中的传输问题一直吸引许多科研工作者的注意,是颗粒物质中研究的热门领域之一。本文采用分子动力学模拟方法研究了孤立波在一维复合颗粒链中传播的特性。
孤立波在一维阶梯链(由质量不同的两段颗粒链组成)传播过程中,在重轻界面处出现波的分解从而形成多波结构(出现了多个波),我们研究了多波结构的组成等性质和初始速度、重轻颗粒质量比、重颗粒的数目的关系以及多波在轻颗粒区域中传播规律。
一维复合颗粒链由两种颗粒组成,中间段是轻质量颗粒(mI),两端是重质量颗粒(m2),可以看作成一维颗粒质量阱。我们基于软势模型的分子动力学方法研究了冲击波作用在一维复合颗粒链时陷在颗粒重量阱中的能量衰减行为:该能量随时间呈幂率的形式衰减(ER~fγ),并且在某时间tc处发生明显的渡越行为。孤立波在质量阱中的平均反射频率首先增大,但增幅逐渐减少,到达渡越点tc时平均反射频率达到最大然后以指数的形式减少。分析表明,能量衰减的渡越行为和重颗粒从压缩到稀疏的结构转变有紧密联系。进一步的计算表明,当重颗粒处于压缩状态时,能量衰减的幂率指数γcb和轻重颗粒质量比(m2/m1)以及赫兹指数(n)有以下关系:γcb~(m2/m1)1(n+1);当重颗粒处于稀疏状态时,发现对于不同质量的重颗粒,幂率指数γ保持不变。
基于硬球模型的事件驱动方法和孤立波在质量阱中来回发射的间歇机制,我们得到了损失能量(在界面处碰撞时轻颗粒损失的能量)及反射时间间隔即等待时间的分布函数。它们都满足对数正态分布,并且等待时间的分布函数在压缩态和稀疏态有着较大的差别。这些可以帮助我们解释能量衰减的幂率行为、能量在两个分支衰减的不同速率以及压缩分支能量衰减的幂率指数随质量比的依赖关系。