On the scaling of fragmentation and energy dissipation in collisions of dust aggregates

  • Fragmentation of granular clusters may be studied by experiments and by granular mechanics simulation. When comparing results, it is often assumed that results can be compared when scaled to the same value of E/◂◽.▸Esep, where E denotes the collision energy and ◂◽.▸Esep is the energy needed to break every contact in the granular clusters. The ratio ◂+▸E/◂◽.▸Esep∝v2 depends on the collision velocity v but not on the number of grains per cluster, N. We test this hypothesis using granular-mechanics simulations on silica clusters containing a few thousand grains in the velocity range where fragmentation starts. We find that a good parameter to compare different systems is given by ◂+▸E/(Nα◂◽.▸Esep), where α∼2/3. The occurrence of the extra factor Nα is caused by energy dissipation during the collision such that large clusters request a higher impact energy for reaching the same level of fragmentation than small clusters. Energy is dissipated during the collision mainly by normal and tangential (sliding) forces between grains. For large values of the viscoelastic friction parameter, we find smaller cluster fragmentation, since fragment velocities are smaller and allow for fragment recombination.

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Verfasser*innenangaben:Philipp Umstätter, Herbert M. UrbassekORCiD
URN:urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-78507
DOI:https://doi.org/10.1007/s10035-021-01101-w
ISSN:1434-7636
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Granular Matter
Verlag:Springer Nature - Springer
Dokumentart:Wissenschaftlicher Artikel
Sprache der Veröffentlichung:Englisch
Datum der Veröffentlichung (online):19.03.2024
Jahr der Erstveröffentlichung:2021
Veröffentlichende Institution:Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau
Datum der Publikation (Server):19.03.2024
Ausgabe / Heft:23
Aufsatznummer:33
Seitenzahl:13
Quelle:https://link.springer.com/article/10.1007/s10035-021-01101-w
Fachbereiche / Organisatorische Einheiten:Kaiserslautern - Fachbereich Physik
DDC-Sachgruppen:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 530 Physik
Sammlungen:Open-Access-Publikationsfonds
Lizenz (Deutsch):Zweitveröffentlichung