Uddannede ingeniører fremmer forskning i stødbølger

Et team af bacheloringeniører ved UC San Diego har opdaget en metode, der kan gøre materialer mere modstandsdygtige over for massive stød som jordskælv eller eksplosioner. De studerende, udfører forskning i det strukturelle ingeniørlaboratorium af professor Veronica Eliasson, brugte et stødrør til at generere kraftige eksplosioner i røret - ved Mach 1.2 for at være præcis, betyder hurtigere end lydens hastighed. De brugte derefter et ultrahøjhastighedskamera til at fange og analysere, hvordan materialer med visse mønstre klarede sig.

Tidligere forskning fra Eliassons laboratorium havde vist, at forhindringer i en logaritmisk spiral - et billede af en Nautilus -skal, der spirer rundt og omkring - var bedre i stand til at reducere energien fra en stødbølge og reducere den samlede skade, end når de blev arrangeret i andre mønstre. Eleverne tog det et skridt videre, afprøvning af om skæring af tre riller i hver side af deres rektangulære forhindringsmaterialer ville være en endnu bedre dæmper af stødet sammenlignet med lignende forhindringer anlagt i en logaritmisk spiral, men uden riller.

De fandt ud af, at disse riller faktisk mindskede virkningerne af det, der kaldes den reflekterede stødbølge - når først den første bølge har ramt spiralen af ​​forhindringer og vendt tilbage. Resultaterne var usikre for den første transmitterede chokbølge. De bachelorstuderende rapporterede deres resultater i journalen Multiskala og multidisciplinær modellering, Eksperimenter og design .

"Denne forskning kan også bruges i militære applikationer og civile applikationer, at designe materialer og bygninger, så de bedre kan modstå højintensive eksplosioner, " sagde Christina Scafidi, en af ​​forfatterne til papiret og en bygningsingeniøruddannet 2019.

Scafidi er i praktik for DCI Engineers i San Diego til sommer, inden han vender tilbage til Jacobs School of Engineering for at opnå en mastergrad i konstruktionsteknik til efteråret.

"Kulindustrien har haft mange dødsulykker, og vi mener, at denne forskning er et stærkt argument for at beskytte arbejderne mod eksplosionsbølger, der let kan forplante sig gennem en hel kulmine, " tilføjede Alexander Ivanov, en nyuddannet rumfartsingeniør og medforfatter til papiret. "Hvis hele væggen i kulminen kunne være foret med disse solide geometriske forhindringer, det kunne være en billig måde at beskytte alle arbejderne i minen på."

Ivanov, Scafidi, Nicolas Fassardi og Tal Shemen, alle ingeniørstuderende, der dimitterede i juni, måtte omhyggeligt arrangere chokbølgeeksperimenterne, at sikre, at ikke kun materialerne var justeret korrekt, og at røret var sat nøjagtigt under tryk, men også at sikre, at det spejl- og linsesystem, de brugte til at fange resultaterne på højhastighedskameraet, var på plads, også.

Eleverne gik ind i laboratoriet tidligt om morgenen for at prøve at udføre deres eksperimenter med så få mennesker i bygningen som muligt.

"Hver dag kom vi til laboratoriet rigtig tidligt, fordi brugen af ​​stødrøret var ret højt - det skaber denne efterklang, der er høj, selv med øreværn på, " sagde Scafidi. "Så vi ville køre test, før de fleste mennesker kom ind."

Nogle af de studerende - som Scafidi og Fassardi - havde håbet på at blive involveret i forskning som studerende, selvom ingen af ​​dem forventede, at de ville være i stand til at gøre det som sophomores, det var da de begyndte at arbejde i Eliassons laboratorium.

"Jeg planlagde at blive involveret i forskning som bachelor, men denne mulighed kom hurtigere, end jeg havde forventet, da jeg stadig havde to år tilbage af min bachelor og troede, at jeg ville være en bedre forskerkandidat året efter, " sagde Fassardi, en rumfartsingeniørstuderende. "Men denne mulighed var perfekt, fordi vores papir blev offentliggjort kun to uger efter at have afsluttet college!"

Fassardi vil arbejde for Lockheed Martin Space i Sunnyvale fra og med august.

"Jeg ville deltage i et laboratorium, men jeg vidste ikke, at man havde så mange muligheder inden for konstruktionsteknik "Sagde Scafidi." Jeg tænkte, at det mest ville være civil design. Så at blive medlem af Eliassons laboratorium viste mig, at du kan skræddersy din grad til så mange andre ting - chokbølgeforskning, strukturel sundhedsovervågning. Jeg kan bruge det, jeg har lært i hendes laboratorium gennem hele min karriere."

For Ivanov, der ikke havde planlagt at lave research, oplevelsen var udfordrende, givende, og i sidste ende indflydelsesrig – han anerkender arbejdet i Eliassons laboratorium for sin beslutning om at tage en kandidatgrad. Han vender tilbage til UC San Diego i efteråret for at arbejde hen imod en kandidatgrad i mekanik og rumfartsteknik.