本文通过实验和计算机模拟研究了颗粒物质在外加垂直正弦振动条件下的偏析特性，颗粒物质堆中的能量耗散特性，沙堆形成过程中的动力学行为以及颗粒物质在垂直管流中的走走停停现象。研究结果既加深了对颗粒物质在振动、剪切、流动等多种动态条件下非线性特性的认识，也对颗粒物质的加工、存储、运输等实际工程问题具有理论指导意义。 将颗粒物质填充在具有瓶颈的容器中并对其施加垂直正弦振动时，发现多种新的偏析形态及对流特性：(1)在二维单瓶颈条件下，随着瓶颈宽度的变化，大小颗粒会产生“两边偏析”、“向左偏析”及大颗粒聚集在容器左上角的偏析形态，并且偏析界面以及颗粒床自由表面的倾斜角满足一定的规律，颗粒床中的对流圈也发生相对有规律的旋转；(2)在三维单瓶颈条件下，大颗粒会形成“环状偏析”，且偏析集簇环的位置和长度可以通过改变振动频率来控制。我们对此作了相关的机理分析；(3)在三维多瓶颈条件下，颗粒会按照各自“活动性”的差异形成相互交替的偏析效果，利用离散元方法我们对其进行了数值模拟，取得了与实验相吻合的结果。这些新的偏析形态的发现不仅对认识颗粒物质动态特性的复杂性具有重要的理论意义，也对指导颗粒材料的加工和传输过程中避免或者加强颗粒偏析有其工程意义。 采用离散元模拟研究了振动频率对颗粒偏析形态的影响，发现在低频阶段大颗粒基本上散布在颗粒床顶部；随着振动频率的升高，大颗粒开始沉入颗粒床；随着振动频率再进一步升高，大颗粒又在颗粒床中上升。我们研究了大颗粒聚集在顶部—下沉—上升的转变机理，由此发现了颗粒床的输入能量、空隙率、有效恢复系数等之间的相互关系。 采用元胞自动机方法研究了沙堆形成过程中的动力学行为，提出了一个考虑惯性效应和具有崩塌方向的动能元胞自动机沙丘模型。模型中惯性效应是通过颗粒在沙堆表面流动过程中能量守恒来体现的。数值模拟验证了前人从实验中发现的沙堆形成过程中的“小河”旋转现象，得到了旋转角速度与沙丘高度的关系式，并揭示了沙堆形成过程的非对称性以及沙粒对路径的选择性。 将固体内耗的概念及其测量方法应用于测量颗粒物质系统低频振动能耗散特性的实验，自行设计了采用自由衰减法测量颗粒物质低频振动能耗散特性的倒扭摆装置，发现在低频激振的条件下，颗粒物质的能量吸收率随振幅的增大而呈现非线性下降的特性，且系统的振动频率在盛料杯装载颗粒以后都有不同程度的增大，但其振动频率不随着时间而变化。该发现可为颗粒物质的某些集总行为的解释提供理论依据。 颗粒流经一个底端具有毛细出口，顶端开口的竖直玻璃管中，发现颗粒在某些尺寸下，当颗粒堆积高度远高于某个阈值时，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呈现为走走停停；而当颗粒堆积高度降低到接近这个阈值时，经过一个过渡阶段，出口流量的波动逐渐趋于缓和，管中的颗粒流动也变平稳。提出了一个考虑颗粒压实和间隙流体效应的理论来解释这种走走停停波的出现和消失过程。 最后对全文的工作进行了总结和对未来工作的展望。