应力波在粒状或粒状材料中的传播对于检测地震的强度,确定油气藏的位置,设计隔音材料以及设计用于压实粉末的材料非常重要。
由约翰·霍普金斯大学机械工程教授带领的一组研究人员使用X射线测量和分析表明,波传播中的速度缩放和弥散是基于粒子排列和它们之间的力链,而波强度的降低主要是由于仅粒子排列。该研究发表在6月29日的《美国国家科学院院刊》上中国建材网cnprofit.com。
约翰·霍普金斯·怀廷工程学院机械工程学助理教授赖安·赫利说:“我们的研究可以更好地理解颗粒材料的精细结构与通过它们传播的波的行为之间的关系。” “这项知识对于研究滑坡和地震的地震信号,土木工程中土壤的非破坏性评估以及材料科学中具有所需波特性的材料的制造具有至关重要的意义。”
赫尔利(Hurley)在劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory)担任博士后,与包括LLNL物理学家埃里克·赫尔博尔德(Eric Herbold)在内的团队合作,构思了这项研究。在Hurley移居JHU之后,Hurley和Whiting School博士后翟崇璞在实验室的协助下并与Herbold进行了持续讨论,之后进行了实验和分析。
颗粒材料的结构-性质关系由颗粒??的排列及其之间的力链决定。这些关系使得能够设计消波材料和无损检测技术。颗粒材料中的波传输已得到广泛研究,并显示出独特的功能:幂律速度定标,色散和衰减(信号幅度,电流或其他振荡的减小)。
最早的研究可以追溯到1950年代末,描述了潜在的波传播物质正在发生“什么”变化,但是新的研究为“为什么”发生提供了证据。
赫尔利说:“这项工作的新颖实验方面是利用原位X射线测量来获得在同时测量超声透射的整个颗粒材料中的堆积结构,颗粒应力和颗粒间作用力。” “这些测量是迄今为止调查颗粒材料中的超声,力和结构的最高保真度数据集。”
主持数据的翟说:“这些实验,以及支持的模拟,使我们能够揭示颗粒状材料中的波速为何随压力而变化,并量化特定颗粒现象对宏观波行为的影响。”分析工作,并且是该论文的第一作者。
该研究提供了对随机包装的粒状材料中波传播的时域和频域特征的新见解,为控制这些系统中波速,色散和衰减的基本机理提供了线索。
这项研究由约翰·霍普金斯·怀廷工程学院和LLNL的实验室指导研究与开发计划资助,并在由阿贡国家实验室运营的科学用户设施办公室Advanced Photon Source进行。