AFRL opnår chokerende materialeteknologi -gennembrud

Air Force Research Laboratory, sammen med forskningspartnere ved Los Alamos National Laboratory, arbejder på at ændre formen på materialeteknologi med en banebrydende udvikling, der kan åbne op for en ny række muligheder for militæret og videre.

Gennem en Air Force Office of Scientific Research-finansieret grundforskningsindsats, det samarbejdende team udviklede en 3D-printet polymerbaseret skumstruktur, der reagerer på kraften fra en stødbølge og fungerer som en envejskontakt, et længe eftertragtet mål inden for chokforskning.

Ifølge AFRL Senior Materials Research Engineer Dr. Jonathan Spowart, denne nye materialekonfiguration, selv om det er i de tidlige udviklingsstadier, har potentialet til at blive opskaleret for at blive brugt på forskellige måder til en række applikationer, herunder til beskyttelse af konstruktioner.

Spowart beskriver materialet som en skumlignende struktur, der indeholder en række specielt konstruerede små huller, der bestemmer de overordnede adfærdsmæssige egenskaber. Over en periode på måneder, AFRL-eksperter brugte computermodellering til at køre forsøg for at bestemme de mest effektive hulgeometrier for at opnå den ønskede materialerespons. Når de ville nå frem til en lovende konfiguration, Spowart siger, at holdet ville udskrive en lille testartikel, en flad plade, der ikke er meget større end et viskelæder. Ved hjælp af Los Alamos National Laboratory, arbejder på stedet på brugerfaciliteten for Dynamic Compression Sector på Argonne National Laboratory, de ville derefter udføre tests og afbilde prøven ved hjælp af røntgenstråler for at bestemme ydeevne.

Derfra, AFRL-teamet ville gennemgå resultaterne og finjustere materialekonfigurationen for yderligere at forfine produktet gennem yderligere modellering og test. Spowart beskrev slutproduktet som indeholdende en række hule kegler. Når disse kegler støder på en chokbølge, de falder indad, danner jetfremspring, der rager ud fra den modsatte side. Disse jetfly lokaliserer chokbølgeenergien, som er oprindelsen til materialets unikke retningsadfærd.

Spowart siger, at denne indsats repræsenterer et betydeligt gennembrud inden for materialeteknologi. Han tilskriver denne succes samarbejdet, meddelelse, og ekspertise fra holdene på AFRL, Los Alamos, og Argonne National Laboratory, samt grundforskningsfinansieringen fra AFOSR.

"Materialeteknologien kom fra AFRL, " han sagde, kreditering af projektgruppens modellerings- og materialeekspertise. "Testfaciliteterne og testmetoden kom fra Los Alamos. Så når man sætter de to ting sammen, du får et rigtig godt hold."

Han tilføjer, at den bemærkelsesværdige testbilleddannelse leveret af Argonne National Laboratory var afgørende for at bevise konceptet. Han forklarede, at laboratoriets Advanced Photon Source-synkrotron er et unikt udstyr, der affyrer en meget kraftig og koncentreret røntgenstråle mod testartiklen, tillader billede-for-billede billeddannelse af en chokbølge, der trænger ind i prøven, som alt sammen sker inden for få nanosekunder.

"Denne nye billedfunktion, sammen med den nye produktionsteknologi og computersimuleringer, gjorde det muligt for teamet at få billeder og evaluere koncepter på måder, der var langt uden for rækkevidde for blot et par år siden, "sagde AFRL Senior mekanisk ingeniør og teammedlem Dr. Christopher Neel.

"Den dynamiske kompressionssektoren er en unik facilitet, der muliggør in-situ billeddannelse af dynamiske hændelser og giver os hidtil uset information om de mikrostrukturelle effekter på dynamisk adfærd, " tilføjede Los Alamos National Laboratory videnskabsmand Brittany Branch, der ledede de dynamiske eksperimenter. "Traditionel stødkompressionsdiagnostik ville ikke belyse de lokaliseringsfænomener, der opstår under stødkompression. Vi ville se en forskel i stødhastighed med traditionelle teknikker, men forstår ikke hvorfor. Disse forsøg var meget spændende, siden vi demonstrerede en støddiode for første gang."

Spowart sagde, at holdet planlægger at offentliggøre deres resultater og arbejde hen imod at overføre teknologien til yderligere modning og integration i eksisterende systemer, hvor han mener, at denne teknologi har et enormt potentiale. "Vi er meget begejstrede for denne indsats og det teamwork, der gjorde det muligt. Dette er et godt eksempel på, hvad grundforskning kan gøre for at styrke vores evner."