Materiais desordenados, como espumas celulares, redes de fibra e polímero - são populares em aplicações que variam de arquitetura a andaimes biomédicos. Prever quando e onde esses materiais podem falhar pode impactar não apenas os materiais atualmente em uso, mas também designs futuros. Pesquisadores da Universidade Estadual da Carolina do Norte e da Universidade da Califórnia em Los Angeles foram capazes de prever os pontos prováveis ​​de falha em redes desordenadas cortadas a laser bidimensionais sem a necessidade de estudar os estados detalhados do material.

O interior de materiais desordenados é formado por uma rede de conexões entre vigas delgadas que se cruzam em vários pontos - ou nós - em todo o material. Sua estrutura permite compressão e deformação, permitindo-lhes suportar diferentes tipos de força.

Estelle Berthier, pesquisador de pós-doutorado na NC State e autor principal de um artigo que descreve a pesquisa, estabelecido para determinar se é possível prever onde a falha é mais provável de ocorrer em uma rede desordenada. Berthier e co-autora Karen Daniels, professor de física na NC State, gerou reticulados com base nas redes de contato observadas em materiais granulares e olhou para uma propriedade conhecida como centralidade de intermediação de borda geodésica (GEBC).

"A importância de uma borda em uma rede é em termos de sua capacidade de conectar diferentes partes da rede usando o caminho mais curto, "Berthier diz." Em nosso modelo de rede, quando você conecta cada nó da rede pelo caminho mais curto, você usa um desses feixes, ou bordas. Se você passar muito por uma determinada borda, então essa aresta tem alta centralidade. Pense em usar o caminho mais curto, ou estrada, entre duas cidades. O valor de centralidade é a estrada mais popular nesse caminho mais curto. "

Em colaboração com o matemático Mason Porter da UCLA, os pesquisadores usaram um algoritmo de computador para calcular o GEBC para a rede e descobriram que as arestas com um valor de centralidade mais alto do que a média eram as mais propensas a falhar.

"Se você tiver mais tráfego em uma estrada específica, então há mais desgaste, "Berthier diz." Da mesma forma, um valor de centralidade mais alto significa que um determinado caminho dentro do material está lidando com mais tráfego de força, 'e deve ser monitorado mais de perto ou talvez escorado de alguma forma. "

Os pesquisadores descobriram que os valores GEBC por si só eram suficientes para identificar os locais de falha no material.

“Uma das coisas que me surpreendeu nos resultados foi que os cálculos não exigem que conheçamos nenhuma das propriedades dos materiais, apenas como as partes foram conectadas, "Daniels diz." Claro, podemos fazer as previsões ainda mais fortes, incluindo informações sobre as interações físicas em nossos cálculos. "

A pesquisa aparece em Proceedings of the National Academy of Sciences e foi apoiado pela Fundação James S. McDonnell.