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Granular piston-probing in microgravity: powder compression, from densification to jamming

D'Angelo, Olfa und Horb, Anabelle und Cowley, Aidan und Sperl, Matthias und Kranz, W. Till (2022) Granular piston-probing in microgravity: powder compression, from densification to jamming. npj Microgravity, 8 (48), Seiten 1-12. Nature Publishing Group. doi: 10.1038/s41526-022-00235-2. ISSN 2373-8065.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
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Offizielle URL: https://doi.org/10.1038/s41526-022-00235-2

Kurzfassung

The macroscopic response of granular solids is determined by the microscopic fabric of force chains, which, in turn, is intimately linked to the history of the solid. To query the influence of gravity on powder flow behavior, a granular material is subjected to compression by a piston in a closed container, on-ground and in microgravity (on parabolic flights). Results show that piston-probing densifies the packing, eventually leading to jamming of the material compressed by the piston, regardless of the gravitational environment. The onset of jamming is found to appear at lower packing fraction in microgravity (φμ−gJ=0.567±0.014) than on-ground (φgndJ=0.579±0.014). We interpret these findings as the manifestation of a granular fabric altered by the gravitational force field: in absence of a secondary load (due to gravitational acceleration) to stimulate reorganization in a different direction to the major compression stress, the particles’ configuration becomes stable at lower density, as the particles have no external drive to promote reorganization into a denser packing. This is coupled with a change in interparticular force balance which takes place under low gravity, as cohesive interactions become predominant. We propose a combination of microscopic and continuum arguments to rationalize our results.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/189741/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Granular piston-probing in microgravity: powder compression, from densification to jamming
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
D'Angelo, OlfaFriedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberghttps://orcid.org/0000-0002-7218-4596NICHT SPEZIFIZIERT
Horb, AnabelleEACNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Cowley, AidanEuropean Astronaut Centre (EAC), European Space Agency (ESA), Linder Höhe, D-51147 Cologne, Germanyhttps://orcid.org/0000-0001-8692-6207NICHT SPEZIFIZIERT
Sperl, MatthiasMatthias.Sperl (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9525-0368NICHT SPEZIFIZIERT
Kranz, W. TillUniversität KölnNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:5 November 2022
Erschienen in:npj Microgravity
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:8
DOI:10.1038/s41526-022-00235-2
Seitenbereich:Seiten 1-12
Verlag:Nature Publishing Group
ISSN:2373-8065
Status:veröffentlicht
Stichwörter:3D printing, granular matter, microgravity
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R FR - Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Modellsysteme
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Materialphysik im Weltraum
Hinterlegt von: Sperl, Matthias
Hinterlegt am:14 Nov 2022 10:14
Letzte Änderung:22 Nov 2022 15:50

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