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本论文对颗粒物质多种不同的动态过程进行了实验观测、理论分析，有的还进行了数值模拟，揭示了颗粒物质系统在振动、流动、剪切等多种条件下的多种新的非线性特征。
设计了一种在振动台上将分隔槽容器倾斜放置的试验，发现大小两种颗粒的混合物在这种振动体系下，会出现一种新的大小颗粒左右偏析的形态。我们对偏析形成机理作了理论分析。
在带瓶颈容器的振动台实验中，发现颗粒会出现多种新的偏析聚集形态。在准二维单瓶颈容器中，按瓶颈宽度的不同，大小颗粒会产生“两边偏析”、“向左偏析”和大颗粒聚集在容器左上角的偏析形态。在三维单瓶颈容器中，大颗粒会形成“环状偏析”，并且偏析集簇环的位置和高度会受振动频率的影响。在三维多瓶颈容器中，颗粒会按照各自“活动性”(Mobility)的差异形成交替的偏析效果。采用颗粒离散元方法对三维多瓶颈的情况进行了数值模拟，得到与实验相吻合的结果。
实验发现，在某些颗粒尺寸下，当颗粒堆积高度远高于某个阈值时，颗粒出口流量呈现相当大的波动，并且管中瓶颈以上的整体颗粒流动为走走停停波；而当堆积高度降低到接近这个阈值时，经过一个过渡阶段，颗粒出口流量的波动逐渐变缓和，并且管中的颗粒流动也变平稳。