Reibung von granulatbasierten Systemen: die Rolle der Fest-Flüssig-Interaktion

Diese Studie untersucht das grundlegende Reibungsverhalten von Granulaten durch experimentelle Analyse unter zwei Szenarien direkter Scherprüfungen: Scheren von Kornversammlungen und Scheren von Körnern zu Oberflächen (wenn die Scherfläche zwischen den Körnern und einer flachen festen Oberfläche liegt) und integriert neueexperimentelle Daten mit einem Vergleich zu früheren Erkenntnissen. Durch Variation der Kornmineralogie, Morphologie und Porenflüssigkeiten identifizieren wir wesentliche Unterschiede zwischen den beiden Systemen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Reibung in Kornversammlungen von der Kornmorphologie beeinflusst wird, jedoch nicht von der Mineralogie, während die Reibung von Körnern zu Oberflächen einen gegenteiligen Trend zeigt. Die Anwesenheit von Porenflüssigkeit hat ebenfalls gegensätzliche Effekte: Sie reduziert die Reibung in Kornversammlungen aufgrund von Schmierung, erhöht jedoch die Reibung der Körner-Oberflächensysteme aufgrund der Fest-Flüssig-Adhäsion. Dieses Papier erklärt diese Trends, indem es einen Zusammenhang zwischen jedem Scherszenario und spezifischen Kornverschiebungsmechanismen - Partikels gleiten oder rollen (Neuordnung) - postuliert. Es zeigt auch, dass die Reibung eines 'idealen' granularen Systems, das aus einheitlichen, starren und glatten Kugeln besteht, eine Schwelle für die Effekte von Schmierung und Haftung setzt.