Новое исследование поможет предсказывать землетрясения и искать нефть

Для этого ученые использовали рентгеновские измерения и анализы.

Распространение ударных волн в зернистых или гранулированных материалах важно для определения силы землетрясений, определения местоположения нефтяных и газовых резервуаров, проектирования акустической изоляции и разработки материалов для уплотнения порошков. Ученые использовали рентгеновские измерения и анализы, чтобы показать — масштабирование скорости и дисперсия в передаче волны основаны на расположении частиц и цепях сил между ними. Время как уменьшение интенсивности волны, в свою очередь, вызвано только расположение частиц. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, пишет hightech.fm.

Новое исследование ученых дает лучшее понимание того, как мелкомасштабная структура гранулированного материала связана с поведением волн, распространяющихся через них. Эти знания имеют фундаментальное значение для изучения сейсмических сигналов от оползней и землетрясений, для неразрушающей оценки почв в гражданском строительстве. Кроме того, эти знания пригодятся для изготовления материалов с желаемыми волновыми свойствами в материаловедении.

Структурно-имущественные отношения сыпучих материалов регулируются расположением частиц и цепями сил между ними. Эти отношения позволяют создавать материалы, демпфирующие (погашающие) волны. Передача волн в гранулированных материалах была тщательно изучена и демонстрирует уникальные особенности: степенное масштабирование скорости, дисперсия и затухание — уменьшение амплитуды сигнала, электрического тока или других колебаний.

Более ранние исследования, относящиеся к концу 1950-х годов, описывали «что» может происходить с материалом, лежащим в основе распространения волн, но новое исследование предоставляет ответ на вопрос «почему».

«Новым экспериментальным аспектом этой работы является использование рентгеновских измерений на месте для получения структуры упаковки, напряжений частиц и межчастичных сил во всем гранулированном материале во время одновременного измерения пропускания ультразвука. Эти измерения являются самым точным набором данных на сегодняшний день при исследовании ультразвука, сил и структуры в гранулированных материалах» - Райан Херли, доцент кафедры машиностроения в Школе инженерного мастерства Джона Хопкинса

Новые эксперименты, наряду с поддерживающими имитациями, позволяют ученым выявить, почему скорости волн в гранулированных материалах изменяются в зависимости от давления. Также у исследователей появилась возможность количественно оценить влияние отдельных явлений в масштабе частиц на макроскопическое поведение волн.

Исследование дает новое понимание во временной и частотной областях распространения волн, проливая свет на фундаментальные механизмы, контролирующие скорости волн, дисперсию и затухание в этих системах.