Selena Langner, Corciya Texnologiya İnstitutu tərəfindən

Robert Egan tərəfindən redaktə edilib , Andrew Zinin tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Heterogen möhkəmlik mənzərəsində çat cəbhəsi dinamikası. Müəllif: Itamar Kolvin və digərləri

Material çatlamasını təsəvvür edin — indi təsəvvür edin ki, materialda kiçik daxilolmalar olarsa nə baş verir. Onlar çatın hərəkət etməsi üçün maneə yaradır və onu yavaşladırlar? Yoxsa zəif nöqtələr kimi çıxış edərək çatın daha sürətli yayılmasına kömək edirlər?

Tarixən əksər mühəndislər materialları daha güclü və daha davamlı etmək üçün materiallardakı heterojenliklərdən və ya fərqlərdən istifadə edərək birinciyə inanırdılar. Lakin Georgia Tech-in araşdırmaları göstərir ki, bəzi hallarda heterojenliklər materialları zəiflədir və hətta çatları sürətləndirə bilər.

Fizika Məktəbinin dosenti İtamar Kolvinin rəhbərliyi ilə aparılan ” Dinamik sınıqda heterojenliyin ikili rolu ” adlı tədqiqat bu payız Physical Review Letters jurnalında dərc edilib .

Kolvinin işi nəzəri olsa da, tədqiqatın nəticələri geniş tətbiq olunur. “Bu tip sərtləşdirmə effektini proqnozlaşdırmaq mühəndislərə materiala nə qədər möhkəmləndirmə əlavə etmək lazım olduğunu və bunu etməyin ən yaxşı yolunu müəyyən etməyə kömək edir”, – deyə o bildirir. “Çatlar mürəkkəbdir – onlar materialla qarşılıqlı təsir göstərir, formasını dəyişir və dinamik şəkildə reaksiya verir. Bütün bunlar ümumi möhkəmliyə təsir göstərir ki, bu da təhlükəsizliyə təsir göstərir.”

Möhkəm materialların tikintisi

Tədqiqat nəticəsində məlum olub ki, çatların davranışının açarı materialın mikroskopik quruluşunun onun müxtəlif sürətlə axan çatlara qarşı müqavimətinə təsir etdiyi mikroskopik səviyyədə başlayır.

O izah edir ki, “Çatlar rabitələri qıraraq yayılır və bu, enerjiyə başa gəlir. Bundan əlavə, materiallar çatın keçdiyi yerə yaxın həddindən artıq deformasiyalara məruz qalır ki, bu da əlavə enerjiyə başa gəlir. Bəzi materiallarda bu enerjinin miqdarı molekullar arasında mikroskopik sürtünmə səbəbindən çatın sürətindən asılı ola bilər.”

Pəncərə şüşəsi kimi digər materiallar çatlama sürətinə əsasən biganədir. Bu materiallar sadə molekullardan hazırlanır və eyni miqdarda enerji istifadə edərək çatın yavaş və ya tez yayılmasına imkan verir. Tədqiqatçılar müəyyən ediblər ki, heterojenliklərin daxil edilməsi bu materialları gücləndirməyə kömək edə bilər.

Digər tərəfdən, polimer plastiklər və gellər kimi daha mürəkkəb molekullardan hazırlanmış materiallar sürətdən asılıdır: çatın daha sürətli yayılması üçün daha çox enerji tələb olunur. Bu materiallarda heterojenliklər sərtləşmədə daha az təsirlidir və çat kifayət qədər sürətlidirsə, heterojenliklər onun irəliləməsinə kömək edə bilər. Kolvin deyir ki, “Başladığımız zaman bunu gözləmirdik”.

Nizamsızlıq və dizayn

Kolvin hansı növ materialların heterojenliklərdən faydalana biləcəyini kəşf etdikdən sonra onları əlavə etməyin ən yaxşı yolunu araşdırmaq istədi. O izah edir ki, “qayalar kimi təbii materiallar adətən çox dağınıq və nizamsız olur, lakin mühəndislikdə heterojen materiallar naxışlı olmağa meyllidir.” Məsələn, istehsal olunmuş bir material təsəvvür edin: heterojenliklər tor kimi və ya digər naxışlı şəkildə əlavə edilə bilər. İndi bunu çay yatağında tapılan qayada görə biləcəyiniz nizamsız çillər və daxilolmalarla müqayisə edin.

Kolvinin sualı sadə idi: hansı material daha güclü idi? Nəticələr yenə də təəccüblü idi. Təbiətdə rast gəlinənə bənzər nizamsız hal ən möhkəm materialı yaratdı.

Komandanın sınaqdan keçirdiyi naxışlı materiallar arasında yalnız biri nizamsız material qədər möhkəm idi və sınaqdan keçirilən digər hər bir naxış materialı daha zəif edirdi.

Laboratoriyadan mənzərəyə

Corciya Texnologiya Universitetində Kolvinin laboratoriyası həm bərk, həm də maye materialların mexanikasına diqqət yetirir. “Biz fizika sahəsindəki təcrübəmizdən müxtəlif sahələrdəki sualları araşdırmaq üçün istifadə edirik”, – deyə o bildirir. “Ümumi bir konsepsiya materialları davamlı kimi qəbul etməkdir – molekulyar detallardan uzaqlaşaraq materialların geniş miqyasda necə deformasiya olunduğunu və axdığını araşdırmaqdır.”

Bu hazırkı tədqiqat ən kiçik material mikrostrukturlarının araşdırılmasından tutmuş zəlzələ sınıqlarının proqnozlaşdırılmasına qədər müxtəlif tətbiq sahələrində də eyni şəkildə davam edir. Kolvin deyir ki, “Zəlzələ sınıqları yüksək dərəcədə nizamsızdır və bu sınıqları simulyasiya etmək böyük bir problemdir və adətən superkompüterlərdən çatların yayılmasını üç ölçüdə həll etmələrini tələb edir.” “Lakin tədqiqatımızın hazırladığı alətlərlə biz sadəcə masaüstü kompüterdən istifadə edərək oxşar şərtləri və böyük sistemləri simulyasiya edə bilərik.”

“Bu, alimlər, mühəndislər, fiziklər və geoloqlar üçün problemləri birbaşa öz kompüterlərindən araşdırmaq üçün qapılar açır və daha çox tədqiqatçının daha çox alətə çıxışına imkan yaradır”, – deyə o əlavə edir. “Və yeni alətlər çox vaxt yeni kəşflərə gətirib çıxarır”.

Nəşr detalları

Itamar Kolvin və digərləri, Dinamik Sınıqda Heterogenliyin İkili Rolü, Fiziki İcmal Məktubları (2025). DOI: 10.1103/j4vb-y1ng . ArXiv -də : DOI: 10.48550/arxiv.2407.02347

Jurnal məlumatları: Fiziki İcmal Məktubları , arXiv  

Əsas anlayışlar

Mexaniki və akustik xüsusiyyətlərMexaniki deformasiyaPolimer davranışıNizamsız sistemlər

Corciya Texnologiya İnstitutu tərəfindən təmin edilir