Zephyrnet-logo

Onderzoekers vangen een golf om te bepalen hoe krachten granulaire materiaaleigenschappen regelen

Datum:


29 juni 2020 (Nanowerk Nieuws) Voortplanting van spanningsgolven door korrelvormig materiaal is belangrijk voor het detecteren van de omvang van aardbevingen, het lokaliseren van olie- en gasreservoirs, het ontwerpen van akoestische isolatie en het ontwerpen van materialen voor het verdichten van poeders. Een team van onderzoekers, waaronder natuurkundige Eric Herbold, natuurkundige van Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), gebruikte röntgenmetingen en -analyses om aan te tonen dat schaalvergroting en verspreiding van de snelheid bij golftransmissie gebaseerd zijn op korrelige deeltjesarrangementen en krachtketens daartussen, terwijl de golfintensiteit wordt verminderd. wordt voornamelijk veroorzaakt door alleen korrelige deeltjesarrangementen. Het onderzoek verschijnt in het Proceedings van de National Academy of Sciences. De afbeelding is een combinatie van twee sets gegevens van röntgenscans van enkelkristallen saffierbollen De afbeelding is een combinatie van twee sets gegevens van röntgenscans van enkelkristallen saffierbollen. De combinatie en inkleuring van deze gegevens toont de verdeling van spanningen voor elke korrel onder belasting. Deze informatie werd gebruikt als initiële voorwaarden voor ultrasone transmissiemetingen, waarbij de structuur-eigenschaprelaties ter plaatse werden gemeten. (Afbeelding: LLNL) "De mechanismen die we onderzoeken, zijn gebruikt om het triggeren van aardbevingen te verklaren, maar zijn ook belangrijk voor het nauwkeurig persen van explosieve poeders", zei Herbold. "De farmaceutische industrie is erg geïnteresseerd in hoe poeder wordt verdicht, evenals in de sectoren mijnbouw, landbouw (letterlijk granen) en constructie (stabiliteit op hellingen, enz.)." Structuur-eigenschaprelaties van korrelige materialen worden bepaald door de rangschikking van deeltjes en de krachtenketens daartussen. Deze relaties maken het mogelijk om golfdempende materialen en niet-destructieve testtechnologieën te ontwerpen. Golftransmissie in korrelige materialen is uitgebreid bestudeerd en toont unieke kenmerken: power-law snelheidsschaling, dispersie en verzwakking (de reductie van de amplitude van een signaal, elektrische stroom of andere oscillatie). Eerder onderzoek, dat teruggaat tot eind jaren vijftig, beschreef 'wat' er kan gebeuren met het materiaal dat ten grondslag ligt aan golfvoortplanting, maar het nieuwe onderzoek levert bewijs voor 'waarom'. "Het nieuwe experimentele aspect van dit werk is het gebruik van in-situ röntgenmetingen om pakkingsstructuur, deeltjesspanning en krachten tussen de deeltjes door een korrelig materiaal te verkrijgen tijdens de gelijktijdige meting van ultrasone overdracht", aldus Ryan Hurley, een voormalig LLNL postdoc en nu universitair docent werktuigbouwkunde aan de Johns Hopkins University. Hurley is ook een hoofdauteur van het artikel. "Deze metingen zijn de meest betrouwbare dataset tot nu toe voor onderzoek naar echografie, krachten en structuur in korrelige materialen." "Deze experimenten, samen met de ondersteunende simulaties, stellen ons in staat om te onthullen waarom golfsnelheden in granulaire materialen veranderen als een functie van de druk en om de effecten van bepaalde fenomenen op deeltjesgrootte op macroscopisch golfgedrag te kwantificeren", aldus Chongpu Zhai, een Johns Hopkins. Universitair postdoc die de gegevensanalyse leidde en de eerste auteur van het papier was. Het onderzoek biedt nieuw inzicht in de tijd- en frequentiedomeinkenmerken van golfvoortplanting in willekeurig gepakte korrelige materialen, en werpt licht op de fundamentele mechanismen die golfsnelheden, dispersie en verzwakking in deze systemen regelen.

Bron: https://feeds.nanowerk.com/~/629140646/0/nanowerk/agwb~Researchers-catch-a-wave-to-determine-how-forces-control-granular-material-properties.php

spot_img

Laatste intelligentie

spot_img