Skip to main content

Geometry and Anomalous Dynamic Growth of Elastic instabiliTies

Article Category

Article available in the folowing languages:

Poszerzenie wiedzy na temat niestabilności sprężystych

Badania rzucają nowe światło na rolę, jaką geometria odgrywa w powstawaniu niestabilności sprężystych.

Badania podstawowe

Niestabilność sprężysta dotyczy niestabilności występujących w układach sprężystych. Choć niestabilność sprężysta może wydawać się nadmiernie skomplikowaną teorią naukową, tak naprawdę jest czymś, co możemy napotkać na każdym kroku – od zmarszczek na skórze po „wywinięcie” parasola w wietrzny dzień (tzw. przebicie). Pomimo wielu badań nad tymi niestabilnościami teoretyczne podstawy ich występowania nadal nie są do końca zrozumiane. Finansowany przez UE projekt GADGET ma na celu zbadanie jednego z najsłabiej poznanych obszarów niestabilności sprężystych, a mianowicie powiązanych ze sobą ról geometrii oraz dynamiki. „Ten projekt miał na celu wyjaśnienie powstawania i przebiegu niestabilności sprężystych, a w szczególności wykazanie istotnej roli geometrii jako składnika zarówno wywołującego takie niestabilności, jak i determinującego, jak szybko zachodzą”, mówi Dominic Vella, profesor matematyki stosowanej w stronie Instytucie Matematyki na Uniwersytecie Oksfordzkim.

Rola geometrii

Vella, który był koordynatorem projektu GADGET, poświęcił swoją karierę na badanie różnych aspektów mechaniki ciał stałych i mechaniki płynów, ze szczególnym uwzględnieniem marszczenia się cienkich sprężystych przedmiotów oraz efektów napięcia powierzchniowego. Zespół tego wspieranego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych projektu określił kluczową rolę geometrii w tworzeniu wzorców i dynamice niestabilności sprężystych. Jedno z kluczowych odkryć dotyczyło tego, że geometria obiektu może zaskakująco spowolnić przebicie. Dotąd uważano, że niektóre z obserwowanych eksperymentalnie powolnych przebić to anomalie, być może spowodowane jakimś nietrywialnym zachowaniem materiału”, wyjaśnia Vella. „Nasze badanie pokazało, że w rzeczywistości sama geometria może wywoływać podobny efekt i że to pochodzenie geometryczne sprawia, że jest on wewnętrzną cechą takich układów”. Innym ważnym rezultatem było wykazanie, w jaki sposób marszczenie się obiektów może prowadzić do powstania nowej klasy kształtów przyjmowanych przez te obiekty, a które Vella nazywa „pomarszczonymi izometriami”. „Ustalenia te oznaczają istotną zmianę pod względem rozumienia niestabilności sprężystych, których struktura matematyczna okazuje się zarówno ciekawą zagadką intelektualną, jak i przydatną cechą, jeśli chodzi o zastosowania technologiczne”, dodaje Vella.

Dalsze plany

Jak twierdzi Vella, prace przeprowadzone w ramach projektu GADGET otwierają drogę nowym badaniom i możliwościom w dziedzinie układów sprężystych. „W naszym zespole pracowało dwóch doktorantów i czterech badaczy ze stopniem doktorskim”, mówi. „Cieszę się, doświadczenia i szkolenia będące owocem tego projektu pomogą im w podążaniu ścieżką naukowej kariery”. Choć projekt GADGET dobiegł już końca, prace Velli nadal trwają. „Następnym krokiem będzie próba zrozumienia, czy wiedza zdobyta podczas projektu może pozwolić na opracowanie metod kontrolowania dynamiki niestabilności”, mówi na koniec Vella. „Będziemy na przykład badać, czy możemy wykorzystać nasze lepsze rozumienie tego, jak i dlaczego obiekty czasami poruszają się powoli, do kontrolowania elementów w miękkich robotach”.

Słowa kluczowe

GADGET, niestabilności sprężyste, układy sprężyste, geometria, matematyka

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania