La propagación de ondas de tensión a través de materiales granulados o granulares es importante para detectar la magnitud de los terremotos, localizar depósitos de petróleo y gas, diseñar aislamiento acústico y diseñar materiales para la compactación de polvos.
Un equipo de investigadores dirigido por un profesor de ingeniería mecánica de Johns Hopkins utilizó mediciones y análisis de rayos X para mostrar que la escala y la dispersión de la velocidad en la transmisión de ondas se basan en arreglos de partículas y cadenas de fuerza entre ellas, mientras que se produce una reducción de la intensidad de las ondasprincipalmente a partir de arreglos de partículas. La investigación aparece en la edición del 29 de junio de la revista the Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
"Nuestro estudio proporciona una mejor comprensión de cómo la estructura a escala fina de un material granular está relacionada con el comportamiento de las ondas que se propagan a través de ellos", dijo Ryan Hurley, profesor asistente de ingeniería mecánica en la Escuela de Ingeniería Johns Hopkins Whiting ".Este conocimiento es de fundamental importancia en el estudio de las señales sísmicas de deslizamientos de tierra y terremotos, en la evaluación no destructiva de suelos en ingeniería civil y en la fabricación de materiales con propiedades de onda deseadas en la ciencia de materiales ".
Hurley concibió esta investigación durante un postdoctorado en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, en colaboración con un equipo que incluía al físico de LLNL Eric Herbold. Los experimentos y análisis fueron realizados posteriormente por el postdoctorado de Hurley y Whiting School Chongpu Zhai después de que Hurley se mudó a JHU, con experimentaciónasistencia y discusiones continuas con Herbold.
Las relaciones estructura-propiedad de los materiales granulares se rigen por la disposición de las partículas y las cadenas de fuerzas entre ellas. Estas relaciones permiten el diseño de materiales de amortiguación de olas y tecnologías de prueba no destructivas. La transmisión de ondas en materiales granulares ha sido ampliamente estudiada y demuestracaracterísticas únicas: escala de velocidad de ley de potencia, dispersión y atenuación la reducción de la amplitud de una señal, corriente eléctrica u otra oscilación.
Investigaciones anteriores, que se remontan a fines de la década de 1950, describieron "qué" podría estar sucediendo con el material subyacente a la propagación de ondas, pero la nueva investigación proporciona evidencia de "por qué".
"El aspecto experimental novedoso de este trabajo es el uso de mediciones de rayos X in situ para obtener la estructura de empaquetamiento, el estrés de partículas y las fuerzas interpartículas a través de un material granular durante la medición simultánea de la transmisión de ultrasonidos", dijo Hurley ".Estas mediciones son el conjunto de datos de mayor fidelidad hasta la fecha que investiga ultrasonido, fuerzas y estructura en materiales granulares ".
"Estos experimentos, junto con las simulaciones de apoyo, nos permiten revelar por qué las velocidades de las olas en los materiales granulares cambian en función de la presión y cuantificar los efectos de fenómenos particulares de escala de partículas en el comportamiento de las ondas macroscópicas", dijo Zhai, quien dirigiólos esfuerzos de análisis de datos y fue el primer autor de ese artículo.
La investigación proporciona una nueva visión de las características del dominio de tiempo y frecuencia de la propagación de ondas en materiales granulados empaquetados al azar, arrojando luz sobre los mecanismos fundamentales que controlan las velocidades de onda, la dispersión y la atenuación en estos sistemas.
Esta investigación fue financiada por la Johns Hopkins Whiting School of Engineering y el programa de investigación y desarrollo dirigido por el laboratorio de LLNL, y se llevó a cabo en Advanced Photon Source, una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia, operada por el Laboratorio Nacional Argonne.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Johns Hopkins . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :