Modellering af friktionen mellem sider i en bog

Det hele startede med en rystende vaskemaskine. Pedro Reis, leder af Flexible Structures Laboratory på EPFL's School of Engineering, rullede et stykke stof op og lagde det under maskinen for at forhindre det i at bevæge sig. Efter at han havde set, hvor godt det sammenrullede stof fungerede som et vibrationsdæmper, kom han til at tænke. Han talte med Samuel Poincloux, en postdoc på sit laboratorium, om hans idé, og de indså hurtigt, at fysikken bag et stykke sammenrullet materiale, der undergår deformation, faktisk er ganske ikke-trivielt. De satte sig for at modellere processen, men i betragtning af alle de involverede forskellige variabler, de besluttede at først forenkle problemet. I stedet for at bruge sammenrullet stof, de startede med et lagdelt objekt, der havde en lignende geometri:en bog. "Til vores eksperimenter, vi brugte fleksible plastark, som vi stablede op som siderne i en bog, så vi kunne justere og måle deres kollektive egenskaber, "siger Poincloux.

Bøjning af en bog

Ingeniørerne så især på to faktorer:mængden af ​​kraft, der er nødvendig for at bøje en stak ark, og den bedste måde at måle den energi, der går tabt ved friktion mellem par sammenhængende ark. For at vurdere den første faktor, de udviklede et eksperimentelt setup, der kunne bøje de stablede ark og måle den krævede kraft. "Vi troede oprindeligt, at den kraft, der var nødvendig for at bøje to ark, simpelthen var to gange den på et ark, "siger Poincloux." Men vi fandt ud af, at når du har samlet flere ark, ligningen er ikke længere lineær på grund af friktionsinteraktionen mellem arkene. Det betyder, at modstanden mod deformation stiger hurtigere end antallet af ark. "

Bekæmper friktion

Dernæst tog de fat på spørgsmålet om friktion. "Vi vidste, at energien blev spredt, da vi deformerede arkene, men vi ønskede at være i stand til præcist at måle og forudsige, hvor meget, "siger Poincloux. Han og Reis forsøgte først at bruge computermodeller, men fandt ud af, at de fleste ikke fuldt ud tegner friktion i konfigurationer med mange grænseflader." Bøjning af en bog - eller i vores tilfælde, stakke af plastark - skaber friktionskræfter mellem de enkelte ark. Denne friktion kan ikke negligeres, "siger Poincloux." Vi har nogle metoder til måling af friktionsdissipation, men ingen eksisterende matematisk model, vi kunne bruge. "EPFL -ingeniørerne kontaktede derfor Basile Audoly, en forsker ved École Polytechnique, at trække på sit arbejde med modellering af meget kompatible strukturer. Forskerteamet var i sidste ende i stand til at forudsige resultaterne af deres laboratorieforsøg ved hjælp af en ny teori, der inkorporerer effekten af ​​friktion. "Vores arbejde kan tjene som et grundlag for at beskrive adfærden i flerlagsmaterialer som grafen, eller endda geologiske lag "siger Poincloux.

Ingeniørerne håber også, at deres opdagelse kan hjælpe forskere med bedre at forstå mekanismerne for stødabsorbering og designe mere effektive dæmpere, som madrasser og måtter, med afstemmelig energidissipation.