Une équipe d'ingénieurs de premier cycle de l'UC San Diego a découvert une méthode qui pourrait rendre les matériaux plus résistants aux chocs massifs tels que les tremblements de terre ou les explosions. Les étudiants, mener des recherches dans le laboratoire d'ingénierie structurelle du professeur Veronica Eliasson, utilisé un tube à choc pour générer de puissantes explosions à l'intérieur du tube - à Mach 1,2 pour être exact, c'est-à-dire plus rapide que la vitesse du son. Ils ont ensuite utilisé une caméra ultra-rapide pour capturer et analyser l'évolution des matériaux avec certains motifs.

Des recherches antérieures du laboratoire d'Eliasson avaient montré que les obstacles disposés dans une spirale logarithmique - imaginez une coquille Nautilus en spirale autour et autour - étaient mieux capables de diminuer l'énergie d'une onde de choc et de réduire les dommages globaux que lorsqu'ils étaient disposés selon d'autres modèles. Les étudiants sont allés plus loin, tester si la découpe de trois rainures dans chaque côté de leurs matériaux d'obstacle rectangulaires serait un atténuation encore meilleur du choc par rapport à des obstacles similaires disposés dans une spirale logarithmique mais sans rainures.

Ils ont découvert que ces rainures diminuaient effectivement les impacts de ce qu'on appelle l'onde de choc réfléchie, une fois que l'onde initiale a heurté la spirale d'obstacles et rebondi. Les résultats n'étaient pas concluants pour l'onde de choc transmise initiale. Les étudiants de premier cycle ont rapporté leurs découvertes dans le journal Modélisation multi-échelle et multidisciplinaire, Expériences et conception .

"Cette recherche peut être utilisée dans des applications militaires et des applications civiles aussi, concevoir des matériaux et des bâtiments pour mieux résister aux explosions de forte intensité, " a déclaré Christina Scafidi, l'un des auteurs de l'article et diplômé en génie des structures en 2019.

Scafidi effectue un stage chez DCI Engineers à San Diego cet été avant de retourner à la Jacobs School of Engineering pour obtenir une maîtrise en ingénierie structurelle cet automne.

« L'industrie du charbon a connu de nombreux accidents mortels et nous pensons que cette recherche présente de solides arguments en faveur de la protection des travailleurs contre les ondes de choc qui peuvent facilement se propager dans toute une mine de charbon, " a ajouté Alexandre Ivanov, un récent diplômé en génie aérospatial et co-auteur de l'article. « Si tout le mur de la mine de charbon pouvait être tapissé de ces solides obstacles géométriques, cela pourrait fournir un moyen peu coûteux de protéger tous les travailleurs de la mine. »

Ivanov, Scafidi, Nicolas Fassardi et Tal Shemen, tous les étudiants en ingénierie de premier cycle ayant obtenu leur diplôme en juin, a dû organiser méticuleusement les expériences d'ondes de choc, en s'assurant que non seulement les matériaux étaient alignés correctement et le tube pressurisé exactement à droite, mais également en s'assurant que le système de miroir et d'objectif utilisé pour capturer les résultats sur la caméra à grande vitesse était en place, trop.

Les étudiants se rendaient au laboratoire tôt le matin pour essayer de mener leurs expériences avec le moins de personnes possible dans le bâtiment.

« Chaque jour, nous arrivions au laboratoire très tôt parce que l'utilisation du tube à choc était assez bruyante – cela crée cette réverbération qui est forte même avec des protections auditives, " a déclaré Scafidi. "Nous avons donc effectué des tests avant que la plupart des gens n'entrent."

Certains étudiants, comme Scafidi et Fassardi, avaient espéré s'impliquer dans la recherche en tant qu'étudiants de premier cycle, bien que ni l'un ni l'autre ne s'attendaient à pouvoir le faire en deuxième année, c'est à ce moment-là qu'ils ont commencé à travailler dans le laboratoire d'Eliasson.

« J'avais prévu de m'impliquer dans la recherche en tant qu'étudiant de premier cycle, mais cette opportunité s'est présentée plus tôt que prévu, comme il me restait encore deux ans de licence et que je pensais être un meilleur candidat à la recherche l'année suivante, " dit Fassardi, un étudiant en génie aérospatial. "Cependant, cette opportunité était parfaite car notre article a été publié deux semaines seulement après avoir obtenu son diplôme universitaire!"

Fassardi travaillera pour Lockheed Martin Space à Sunnyvale à partir d'août.

« Je voulais rejoindre un laboratoire, mais je ne savais pas qu'une spécialisation en génie des structures vous offrait autant d'options, " a déclaré Scafidi. "Je pensais que ce serait principalement du design civil. Ainsi, rejoindre le laboratoire d'Eliasson m'a montré que vous pouvez adapter votre diplôme à tant d'autres choses :la recherche sur les ondes de choc, surveillance de la santé structurelle. Je peux utiliser ce que j'ai appris dans son laboratoire tout au long de ma carrière."

Pour Ivanov, qui n'avait pas prévu de faire des recherches, l'expérience a été difficile, récompense, et finalement influent - il attribue à son travail dans le laboratoire d'Eliasson sa décision de poursuivre des études supérieures. Il retournera à l'UC San Diego à l'automne pour préparer une maîtrise en génie mécanique et aérospatial.