Propagacja fal elastycznych w materiałach kompozytowych
W ciągu ostatnich 25 lat materiałoznawstwo poczyniło ogromne postępy, do czego przyczynił się w dużej mierze rozwój w dziedzinach nanotechnologii, mechaniki kwantowej i doświadczalnych technik opisywania. Przy projektowaniu urządzeń nowej generacji krytyczną rolę odgrywa dogłębne zrozumienie właściwości materiałów. Badacze zajęli się propagacją fal elastycznych w ośrodkach strukturalnych dzięki dofinansowaniu UE dla projektu DYNA META 11 (Controlling elastic waves: structured media and metamaterials in the mechanics of solids and structures). Naukowcy zaprojektowali i poddali procesowi modelowania kilka różnych, wysokokontrastowych (wysoce niehomogenicznych), półdyskretnych struktur. Wysokokontrastowe okresowe ośrodki mogą wykazywać pasma tłumieniowe, luki w częstotliwościach fal, które mogą ulegać propagacji. Jednym z kilku badanych systemów był miejscowo rezonujący, elastyczny metamateriał, który wykazywał również ujemny współczynnik załamania trajektorii fali. Zastosowanie obejmuje urządzenia filtrujące (odrzucające lub przepuszczające tylko pewne częstotliwości), odbijające i ogniskujące. Następnie, naukowcy opracowali model fali giętnej, transmitowanej przez okresowo wspieraną strukturę dyskretną, który miał zastosowanie w rzeczywistych mostach. Zespół uwzględnił także propagację pęknięcia krawędziowego lub wady w termoelastycznej strukturze kratownicowej, odgrywających ważną rolę w ocenie bezpieczeństwa i niezawodności w sektorze jądrowym. Projekt DYNA META 11 zajął się stworzeniem "peleryn niewidek" opartych na transformacjach genetycznych, uwzględniających fale akustyczne i elastyczne rozchodzące się poza płaszczyzną. W związku z tym, naukowcy opracowali teorie transformacyjne dla oceny jakości peleryn oraz deformacji giętnych w cienkich blachach. W tym drugim przypadku wykazano, że w przeciwieństwie do wcześniejszych prac, możliwe jest skonstruowanie "peleryny niewidki" dla takich systemów z istotnymi uproszczeniami. Ponadto, zespół zajął się optymalną konstrukcją rzeczywistych, smukłych konstrukcji inżynieryjnych. W jednym przypadku, naukowcy zastosowali swoje algorytmy matematyczne, aby ułatwić filtrowanie i polaryzację, umożliwiając pominięcie niepożądanych fal elastycznych. Algorytm przewidział bardzo prosto i niezwykle dokładnie prędkość propagacji uszkodzenia w przypadku upadku mostu w pobliżu San Saba w Teksasie, do którego doszło w wyniku pożaru w maju 2013 r. Projekt DYNA META 11 przyniósł ważne opisy matematyczne propagacji fal elastycznych w ośrodkach strukturalnych, w tym metamateriałach, takich jak peleryny. Dokładne symulacje obliczeniowe pogłębiły wiedzę o rzeczywistych problemach i przyczyniły się do lepszego poznania słabo rozumianego, ujemnego współczynnika załamania w elastyczności.
Słowa kluczowe
Fala elastyczna, propagacja, kompozyt, okresowy, wysokokontrastowy, metamateriał, most, peleryna
