Propagación de ondas de tensión a través de granulado, o granular, los materiales son importantes para detectar la magnitud de los terremotos, localizar depósitos de petróleo y gas, diseñando aislamientos acústicos y diseñando materiales para compactar polvos.

Un equipo de investigadores dirigido por un profesor de ingeniería mecánica de Johns Hopkins utilizó mediciones y análisis de rayos X para demostrar que el escalado y la dispersión de la velocidad en la transmisión de ondas se basan en la disposición de partículas y cadenas de fuerza entre ellas. mientras que la reducción de la intensidad de las olas se debe principalmente a la disposición de las partículas únicamente. La investigación aparece en la edición del 29 de junio de la revista The procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .

"Nuestro estudio proporciona una mejor comprensión de cómo la estructura a escala fina de un material granular se relaciona con el comportamiento de las ondas que se propagan a través de ellos, "dijo Ryan Hurley, profesor asistente de ingeniería mecánica en la Escuela de Ingeniería Johns Hopkins Whiting. "Este conocimiento es de fundamental importancia en el estudio de señales sísmicas de deslizamientos de tierra y terremotos, en la evaluación no destructiva de suelos en ingeniería civil, y en la fabricación de materiales con las propiedades de onda deseadas en la ciencia de los materiales ".

Hurley concibió esta investigación mientras era un postdoctorado en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, colaborando con un equipo que incluía al físico de LLNL Eric Herbold. Los experimentos y análisis fueron realizados más tarde por el postdoctorado de Hurley and Whiting School, Chongpu Zhai, después de que Hurley se mudara a JHU. con asistencia experimental y discusiones continuas con Herbold.

Las relaciones estructura-propiedad de los materiales granulares se rigen por la disposición de las partículas y las cadenas de fuerzas entre ellas. Estas relaciones permiten el diseño de materiales de amortiguación de olas y tecnologías de prueba no destructivas. La transmisión de ondas en materiales granulares se ha estudiado extensamente y demuestra características únicas:escala de velocidad de ley de potencia, dispersión y atenuación (la reducción de la amplitud de una señal, corriente eléctrica, u otra oscilación).

Investigaciones anteriores, que se remonta a finales de la década de 1950 describió "qué" puede estar sucediendo con el material subyacente a la propagación de ondas, pero la nueva investigación proporciona evidencia de "por qué".

"El aspecto experimental novedoso de este trabajo es el uso de mediciones de rayos X in situ para obtener la estructura del empaque, estrés de partículas y fuerzas entre partículas en todo un material granular durante la medición simultánea de la transmisión de ultrasonidos, ", dijo Hurley." Estas mediciones son el conjunto de datos de mayor fidelidad hasta la fecha que investigan el ultrasonido, fuerzas y estructura en materiales granulares ".

"Estos experimentos, junto con las simulaciones de apoyo, nos permiten revelar por qué las velocidades de onda en materiales granulares cambian en función de la presión y cuantificar los efectos de fenómenos particulares a escala de partículas en el comportamiento de las ondas macroscópicas, "dijo Zhai, quien dirigió los esfuerzos de análisis de datos y fue el primer autor de ese artículo.

La investigación proporciona nuevos conocimientos sobre las características de la propagación de ondas en el dominio del tiempo y la frecuencia en materiales granulados empaquetados aleatoriamente. arrojar luz sobre los mecanismos fundamentales que controlan la velocidad de las ondas, dispersión y atenuación en estos sistemas.