Forskere lytter efter fejl i granulerede materialer

I et pilotstudie, forskere fra North Carolina State University og Haverford College har brugt naturligt opståede akustiske vibrationer - eller lydbølger - til at overvåge tilstanden af ​​granulære materialer. Denne passive tilgang repræsenterer en måde at undersøge uordnede eller granulerede materialer uden at forstyrre dem, og kan sætte forskere i stand til at forudsige fejl i disse materialer.

Granulerede materialer, som jorden under os, kan mislykkes gennem spontane begivenheder som jordskælv. Men det er svært at undersøge eller måle disse materialer for at forudsige fejl. Haverford College fysiker og tidligere postdoktor i NC -staten Ted Brzinski og NC -statsfysiker Karen Daniels besluttede at undersøge lydbølger, der stammer fra materialet, for at karakterisere materialets forskellige vibrationstilstande.

Vibrationstilstande er måderne, hvorpå noget kan svinge, eller flytte internt. Et lille molekyle kan kun svinge på få måder, for eksempel, men større objekter vil have flere tilstande, som påvirkes af både placeringen og masserne af komponenterne. I et uordentligt eller amorft system af granulære materialer, som snavs eller grus, antallet af tilstande bliver hurtigt for stort til enten at forudsige eller måle direkte.

Imidlertid, hver tilstand har en bestemt akustisk frekvens forbundet med den. Brzinski og Daniels tilgang måler frekvenserne af de aktive vibrationstilstande i materialet, giver dem et akustisk øjebliksbillede af materialets generelle "helbred".

For at teste deres teknik skabte de et granulært system bestående af 8, 000 cirkulære og elliptiske polymerperler. De registrerede de akustiske emissioner fra over 1, 100 stick-slip-begivenheder-hvilket er, hvad der sker, når tektoniske plader glider forbi hinanden i et jordskælv-og klassificerede frekvenserne, der er til stede i akustiske signaler, der er forbundet med forestående fejl.

"Lavere frekvenser er forbundet med" diskette "-tilstande, hvilket betyder, at der er meget mere bevægelse, mens højere frekvenser er forbundet med stive eller stive tilstande, "siger Brzinski." Hvad folk har set i modelsystemer er, at da du har flere disketter end forventet, jo tættere du er på at miste stivhed. Glidningen opstår, når stivhed går tabt. Vores test bekræftede disse modelsystemresultater - der opstod fejl, da der var flere lavfrekvente tilstande end forventet. "

"Men det er ikke bare at lytte for at se, hvilke lydfrekvenser der er til stede; vi skal se på andelen af ​​tilstande, "siger Daniels." Vi ved, at materialer tæt på fejl har mange lavfrekvente tilstande. Vores metode tæller antallet af bestemte typer tilstande for at forudsige fejl. Det smukke ved teknikken er, at du kan overvåge systemet uden forstyrrelser - bare ved at lytte. Metoden er ret enkel, og det kan lade os forudsige opførsel af uordnede materialer. "

Forskningen vises i Fysisk gennemgangsbreve .