Dette er, hvad der sker, når lagdelte materialer skubbes til randen

Ved at studere opførselen af ​​et sæt kort, og stakke af andre materialer, som stål og aluminium, forskere ved Drexel University beviser eksistensen af ​​et knækfænomen, der sker inde i lagdelte materialer, når de sættes under pres. Opdagelsen kan forme den måde, forskere - fra strukturelle og mekaniske ingeniører til geologer og seismologer - studerer den måde, tingene deformeres under pres.

Dette fænomen, beskrevet som "kinkende ikke-lineær elastisk" adfærd af forskerne i Drexels afdeling for materialevidenskab og teknik, som først rapporterede det i 2016, beskrives bedst som adskillelse og knækning af de indre lag af et materiale, når de komprimeres fra siderne. Almindelige eksempler er den måde, hvorpå kortene i et sæt spillekort bøjes, når du klemmer dem fra kanterne uden at lade kortene adskilles, eller hvordan der nogle gange dannes en krusning i et tæppe, hvis det skubbes fra kanten.

I pressede miljøer som dette, enten ved kortbordet eller i midten af ​​tektoniske plader, noget skal give. Deres teori forklarer præcis, hvordan det "give" ser ud, og hvordan det sker. I deres nylige papir "Ripplocations:A Universal Deformation Mechanism in Solids, " offentliggjort i tidsskriftet Materialer til fysisk gennemgang , forskerne giver det første kig på disse interne bølger, døbt "ripplocations, ", der kan observeres med det blotte øje.

"Det, vi gjorde her, var at vise, at ripplokationer eksisterer på makroniveau og derefter modellerede dem på atomniveau, og viste, at svaret stort set var det samme," sagde Michel Barsoum Ph.D., Fremragende professor ved Drexel's College of Engineering og hovedforfatter af papiret. "Dette er første gang ripplocations er blevet set i aktion og hjalp os med at forstå, hvorfor de er reversible"

Barsoums tidligere arbejde antydede eksistensen af ​​ripplocations ved at bruge atomistiske simuleringer af bulkmaterialer. Denne rapport demonstrerer tydeligt dannelsen af ​​krusningsbånd – indvendige lag, der er bøjet i bølgelignende formationer – når de dannes i en stak kort, tynde stål- og aluminiumsplader, når de komprimeres sideværts, mens de er indespærret.

"Det eksperiment, vi udførte, er faktisk ret simpelt. I et tilfælde, vi begrænsede et sæt kort fra siderne og skubbede på dem fra toppen. Ved en given belastning, der opstår knæk, men fordi dækket er begrænset, de opfører sig som bølger, der er fuldt reversible, " sagde Leslie Lamberson, Ph.D., en lektor på Ingeniørhøjskolen og medforfatter til papiret.

"Ved at bruge atomsimuleringer viser vi, at i grafit, som i kortbunken, ripplocations kernedannelse engang før materialet når sit fejlpunkt, og indtil det når det punkt, adfærden er fuldstændig reversibel - hvis trykket fjernes, krusningerne forsvinder, og lagene vender tilbage til deres oprindelige form, " sagde Garritt Tucker, Ph.D., en assisterende professor ved Colorado School of Mines og en medforfatter af papiret.

De observerede også, at krusningsbånd dannes på én gang, med bølgerne, der kommer i massevis, når belastningen påføres. Højden af ​​bølgerne, eller amplitude, øget med belastningen.

"Dette papir viser, at ripplokationer er skalauafhængige, " sagde Barsoum. "Denne første undersøgelse viste, at ripplocations eksisterer og er mere eller mindre fuldt reversible, og at de spreder energi på en måde, som vi har observeret i lagdelte faste stoffer på atomær skala i mere end et årti nu. Men demonstrerer den samme adfærd i lagdelte materialer, som vi kan se direkte, er et vigtigt skridt mod at bevise, at adfærden sker i materialer af alle størrelser."

Barsoum foreslår, at denne forskning en dag kan informere geologer, der studerer deformationen af ​​lagdelte geologiske formationer, samt hjælpe os til bedre at forstå den pladetektoniske adfærd, der forårsager jordskælv.

"Forskning i deformation af lagdelte systemer har generelt været på deres fiasko. I dette arbejde, vi viser, at der er en vigtig, ikke-lineært elastisk regime, der går forud for svigt, der har, så vidt vi ved, næsten fuldstændig forsømt. Sagen vi lavede, imidlertid, at forståelsen af ​​dette regime er afgørende og grundlæggende for at forstå alle andre, " de skriver.