Propagação da onda de estresse através de granulação, ou granular, materiais são importantes para detectar a magnitude dos terremotos, localização de reservatórios de petróleo e gás, projetar isolamento acústico e projetar materiais para compactar pós.

Uma equipe de pesquisadores liderada por um professor de engenharia mecânica da Johns Hopkins usou medições e análises de raios-X para mostrar que a escala de velocidade e a dispersão na transmissão de ondas são baseadas em arranjos de partículas e cadeias de força entre elas, enquanto a redução da intensidade da onda é causada principalmente apenas por arranjos de partículas. A pesquisa aparece na edição de 29 de junho da revista científica Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Nosso estudo fornece uma melhor compreensão de como a estrutura de escala fina de um material granular está relacionada ao comportamento das ondas que se propagam através deles, "disse Ryan Hurley, professor assistente de engenharia mecânica na Johns Hopkins Whiting School of Engineering. “Esse conhecimento é de fundamental importância no estudo de sinais sísmicos de deslizamentos de terra e terremotos, na avaliação não destrutiva de solos na engenharia civil, e na fabricação de materiais com propriedades de onda desejadas na ciência dos materiais. "

Hurley concebeu esta pesquisa enquanto fazia pós-doutorado no Lawrence Livermore National Laboratory, colaborando com uma equipe que incluía o físico Eric Herbold do LLNL. Os experimentos e análises foram realizados posteriormente por Hurley and Whiting School pós-doutorado Chongpu Zhai depois que Hurley mudou-se para JHU, com assistência experimental e discussões contínuas com Herbold.

As relações estrutura-propriedade dos materiais granulares são governadas pelo arranjo das partículas e pelas cadeias de forças entre elas. Essas relações permitem o projeto de materiais de amortecimento de ondas e tecnologias de testes não destrutivos. A transmissão de ondas em materiais granulares foi amplamente estudada e demonstra características únicas:escala de velocidade da lei de potência, dispersão e atenuação (a redução da amplitude de um sinal, corrente elétrica, ou outra oscilação).

Pesquisa anterior, datando do final dos anos 1950 descreveu "o que" pode estar acontecendo com o material subjacente à propagação das ondas, mas a nova pesquisa fornece evidências do "por quê".

"O novo aspecto experimental deste trabalho é o uso de medições de raios-X in-situ para obter a estrutura de empacotamento, tensão de partícula e forças interpartículas em todo um material granular durante a medição simultânea de transmissão de ultrassom, "disse Hurley." Essas medições são o conjunto de dados de maior fidelidade para investigação de ultrassom, forças e estrutura em materiais granulares. "

"Esses experimentos, junto com as simulações de apoio, nos permitem revelar por que as velocidades de onda em materiais granulares mudam em função da pressão e para quantificar os efeitos de fenômenos de escala de partículas particulares no comportamento macroscópico das ondas, "disse Zhai, que liderou os esforços de análise de dados e foi o primeiro autor desse artigo.

A pesquisa fornece uma nova visão sobre as características do domínio do tempo e da frequência da propagação de ondas em materiais granulados empacotados aleatoriamente, lançando luz sobre os mecanismos fundamentais que controlam as velocidades das ondas, dispersão e atenuação nesses sistemas.