Propagation des ondes de contrainte par granulation, ou granuleux, matériaux est important pour détecter la magnitude des tremblements de terre, la localisation des gisements de pétrole et de gaz, la conception d'isolants acoustiques et la conception de matériaux pour le compactage des poudres.

Une équipe de chercheurs dirigée par un professeur de génie mécanique de Johns Hopkins a utilisé des mesures et des analyses aux rayons X pour montrer que l'échelle de vitesse et la dispersion dans la transmission des ondes sont basées sur des arrangements de particules et des chaînes de force entre elles. tandis que la réduction de l'intensité des vagues est principalement causée par les seuls arrangements de particules. La recherche paraît dans l'édition du 29 juin de la revue the Actes de l'Académie nationale des sciences .

"Notre étude permet de mieux comprendre comment la structure à petite échelle d'un matériau granulaire est liée au comportement des ondes se propageant à travers eux, " a déclaré Ryan Hurley, professeur adjoint de génie mécanique à la Johns Hopkins Whiting School of Engineering. "Cette connaissance est d'une importance fondamentale dans l'étude des signaux sismiques des glissements de terrain et des tremblements de terre, dans l'évaluation non destructive des sols en génie civil, et dans la fabrication de matériaux avec les propriétés d'onde souhaitées en science des matériaux. »

Hurley a conçu cette recherche alors qu'il était post-doctorant au Lawrence Livermore National Laboratory, en collaboration avec une équipe qui comprenait le physicien LLNL Eric Herbold. Les expériences et les analyses ont ensuite été réalisées par le postdoctorant de la Hurley and Whiting School, Chongpu Zhai, après que Hurley a été transféré à JHU, avec une assistance expérimentale et des discussions continues avec Herbold.

Les relations structure-propriété des matériaux granulaires sont régies par l'arrangement des particules et les chaînes de forces entre elles. Ces relations permettent de concevoir des matériaux d'amortissement des vagues et des technologies de contrôle non destructif. La transmission des ondes dans les matériaux granulaires a été largement étudiée et présente des caractéristiques uniques :mise à l'échelle de la vitesse en loi de puissance, dispersion et atténuation (la réduction de l'amplitude d'un signal, courant électrique, ou autre oscillation).

Des recherches antérieures, remontant à la fin des années 1950 a décrit "ce qui" peut arriver au matériau sous-jacent à la propagation des ondes, mais la nouvelle recherche fournit des preuves du "pourquoi".

"Le nouvel aspect expérimental de ce travail est l'utilisation de mesures aux rayons X in-situ pour obtenir la structure de garnissage, contrainte particulaire et forces interparticulaires à travers un matériau granulaire pendant la mesure simultanée de la transmission des ultrasons, " a déclaré Hurley. "Ces mesures sont l'ensemble de données de la plus haute fidélité à ce jour enquêtant sur les ultrasons, forces et structure dans les matériaux granulaires."

« Ces expériences, avec les simulations à l'appui, nous permettent de révéler pourquoi les vitesses des ondes dans les matériaux granulaires changent en fonction de la pression et de quantifier les effets de phénomènes particuliers à l'échelle des particules sur le comportement macroscopique des ondes, " dit Zhai, qui a dirigé les efforts d'analyse des données et a été le premier auteur de cet article.

La recherche fournit de nouvelles informations sur les caractéristiques des domaines temporel et fréquentiel de la propagation des ondes dans des matériaux granuleux emballés de manière aléatoire, éclairer les mécanismes fondamentaux contrôlant les vitesses des ondes, dispersion et atténuation dans ces systèmes.