Stødafgivende fraktalterninger kunne skabe højteknologisk rustning

Lille bitte, 3-D printede terninger af plastik, med indviklede fraktale hulrum indbygget i dem, har vist sig at være effektive til at sprede chokbølger, potentielt føre til nye typer letvægts rustning og strukturelle materialer, der er effektive mod eksplosioner og stød.

"Målet med arbejdet er at manipulere bølgeinteraktionerne som følge af en chokbølge, " sagde Dana Dattelbaum, en videnskabsmand ved Los Alamos National Laboratory og hovedforfatter på et papir, der skal vises i tidsskriftet AIP forskud . "De vejledende principper for, hvordan man gør det, er ikke veldefinerede, bestemt mindre sammenlignet med mekanisk deformation af additivt fremstillede materialer. Vi definerer disse principper, på grund af avanceret, mesoskala fremstilling og design. "

Shockwave dispergering materialer, der udnytter hulrum er blevet udviklet i fortiden, men de involverede typisk tilfældige fordelinger opdaget gennem forsøg og fejl. Andre har brugt lag til at genlyde stød og frigive bølger. Præcis at kontrollere placeringen af ​​huller i et materiale giver forskerne mulighed for at designe, model og teststrukturer, der fungerer som designet, på en reproducerbar måde.

Forskerne testede deres fraktale strukturer ved at affyre en impactor ind i dem med cirka 670 miles i timen. De strukturerede terninger afledte stødene fem gange bedre end solide terninger af samme materiale.

Selvom det er effektivt, det er ikke klart, at fraktalstrukturen er det bedste støddæmpende design. Forskerne undersøger andre tomrums- eller grænsefladebaserede mønstre på jagt efter ideelle strukturer til at sprede chok. Nye optimeringsalgoritmer vil guide deres arbejde til strukturer uden for dem, der består af regulære, gentagne strukturer. Potentielle anvendelser kan omfatte strukturelle understøtninger og beskyttende lag til køretøjer, hjelme, eller anden menneskelig beskyttelse.

Forskningen vil blive offentliggjort i juli 2020-udgaven af AIP forskud , i artiklen "Shockwave-spredning ved grænseflade-dominerede porøse strukturer, "af D.M. Dattelbaum et al.