В изучении, которое потребовало больше чем 400 компьютерных моделирований матричных пластинкой композиционных материалов как перламутровый, материаловед Rice Роуцбе Сасавари и ученый визита Шейф Фарзэниэн создали карту дизайна, дабы оказать помощь с синтезом ступенчатых соединений для заявлений в любом масштабе от микроэлектроники до машин к космическому кораблю, где легкие, многофункциональные структурные соединения главные.Модель объединяет конфигурации и свойства разной матричных компонентов и пластинки, дабы вычислить силу соединения, крутизну, штамм и жёсткость перелома. Изменение любого архитектурного либо композиционного параметра регулирует всю модель, потому, что пользователь ищет оптимальный psi, определение количества его способности избежать катастрофической неудачи.
Изучение появляется в Издании Физики и Механики Жёстких частиц.Естественные соединения распространены. Примеры включают (перламутровый) перламутр, зубная эмаль, клубы и бамбук дактиля креветок богомола, все из которых являются наноразмерными мерами жёстких пластинок, связанных мягкими матричными материалами и устроенных в накладывающемся миномёте-и-кирпиче, bouligand либо второй архитектуре.
Они трудятся, по причине того, что жёсткие части достаточно сильны, дабы терпеть поражение и достаточно эластичный (из-за мягкой матрицы), дабы распределить напряжение везде по материалу. В то время, когда они ломаются, они довольно часто в состоянии распределить либо сократить повреждение, не терпя неудачу всецело.«Легкие естественные материалы в изобилии», сообщил Сасавари. «В этих типах материалов происходят два вида ужесточения.
Любой приезжает перед высококлассным распространением, в то время, когда пластинки скользят друг против друга, дабы уменьшить напряжение. Второй часть красоты этих материалов: методом они ужесточают по окончании высококлассного распространения.«Кроме того в то время, когда имеется трещина, это не свидетельствует неудачу», сообщил он. «Трещина возможно арестована либо пара раз отклоняться между слоями. Вместо того, дабы идти прямо через материал в поверхность, которая есть катастрофической неудачей, трещина врезается в второй слой совершает зигзаги либо формирует второй сложный пример, что задерживает или полностью предотвращает неудачу.
Это позвано тем, что продолжительная и сложная высококлассная траектория требует намного большего количества энергии вести его, если сравнивать с прямой трещиной».инженеры и Учёные трудились в течение многих лет, дабы копировать легкие, твёрдые, сильные и твёрдые особенности естественных материалов, либо с жёсткими и мягкими компонентами либо с комбинациями разных типов пластинки.Инженерам жесткость, крутизна и сила – хорошие изюминки. Сила – свойство материала остаться совместно, в то время, когда протянуто либо сжато.
Жесткость – то, как прекрасно материал сопротивляется деформации. Крутизна – свойство материала поглотить энергию перед неудачей. В прошлой газете лаборатория Райса создала карты, дабы угадать свойства соединений на базе тех параметров перед высококлассным распространением.Добавление позванного трещиной ужесточения в естественных и биоподражательных материалах, Сасавари сообщил, есть вторым замечательным и увлекательным источником ужесточения, которое снабжает дополнительные линии обороны против неудачи. «Модели раскрыли неинтуитивные совместные действия между прежде – и ужесточение по окончании трещины явлений», сообщил он. «Они продемонстрировали нам, какая компоненты и архитектура разрешат нам комбинировать лучшие особенности каждого».
Модель основания разрешила исследователям регулировать четыре ценности для каждого моделирования: характерная протяженность пластинки, пластичность матрицы, отношение несходства пластинки (в то время, когда больше чем один тип пластинки включен) и погашение наложения пластинки, все из которых серьёзны для особенностей соединения.В течение 400 моделирований модель продемонстрировала, что самый громадный фактор в psi возможно длиной пластинки, сообщил Сасавари.
Это продемонстрировало, что маленькие пластинки по большей части приводят к контролю за переломом пластичности мягкой матрицы, тогда как долгие пластинки забирают его. Длины пластинки, каковые распределяют перелом равномерно и разрешают большой высококлассный рост, смогут достигнуть оптимального psi и сделать материал лучше талантливым избежать катастрофической неудачи.Модель кроме этого окажет помощь исследователям проектировать, потерпит ли материал неудачу с неожиданным переломом, как керамика, либо медлительно, как податливые металлы, переключая компоненты, применяя контрастирующие пластинки либо изменяя архитектуру.
Shahsavari – доцент инженерной защиты и гражданского строительства внешней среды и материаловедения и наноинженерии.