Ett team av ingenjörer vid UC San Diego har upptäckt en metod som kan göra material mer motståndskraftiga mot massiva stötar som jordbävningar eller explosioner. Studenterna, forskar i professor Veronica Eliassons konstruktionstekniska laboratorium, använde ett chockrör för att generera kraftfulla explosioner i röret - vid Mach 1.2 för att vara exakt, vilket betyder snabbare än ljudets hastighet. De använde sedan en ultrahöghastighetskamera för att fånga och analysera hur material med vissa mönster klarade sig.

Tidigare forskning från Eliassons laboratorium hade visat att hinder som lagts ut i en logaritmisk spiral - föreställer ett Nautilus -skal som spirar runt och runt - var bättre på att minska energin i en chockvåg och minska den totala skadan än när den ordnades i andra mönster. Eleverna tog det ett steg längre, testa om att skära tre spår i varje sida av sina rektangulära hindermaterial skulle vara en ännu bättre dämpare av chocken jämfört med liknande hinder i en logaritmisk spiral men utan spår.

De fann att dessa spår verkligen minskade effekterna av det som kallas den reflekterade chockvågen - när den första vågen har träffat spiralen av hinder och studsat tillbaka. Resultaten var otydliga för den initiala överförda chockvågen. Studenterna rapporterade sina resultat i tidskriften Multikulturell och tvärvetenskaplig modellering, Experiment och design .

"Denna forskning kan också användas i militära tillämpningar och civila applikationer, att designa material och byggnader för att bättre klara högintensiva sprängningar, "sa Christina Scafidi, en av författarna till uppsatsen och en civilingenjörsexamen från 2019.

Scafidi praktiserar för DCI -ingenjörer i San Diego i sommar innan han återvänder till Jacobs School of Engineering för att ta en master i konstruktionsteknik i höst.

"Kolindustrin har haft många dödsolyckor och vi tror att denna forskning är ett starkt argument för att skydda arbetarna från explosionsvågor som lätt kan sprida sig genom en hel kolgruva, "tillade Alexander Ivanov, en nyutexaminerad flygtekniker och medförfattare till uppsatsen. "Om hela gruvan i kolgruvan kunde kantas med dessa fasta geometriska hinder, Det kan vara ett billigt sätt att skydda alla arbetare i gruvan. "

Ivanov, Scafidi, Nicolas Fassardi och Tal Shemen, alla civilingenjörsexamen som tog examen i juni, var tvungen att noggrant ordna chockvågsexperimenten, se till att inte bara materialen var rätt inriktade och röret trycksatt helt rätt, men också att se till att spegel- och linssystemet som de använde för att fånga resultaten på höghastighetskameran var på plats, för.

Eleverna skulle bege sig till labbet tidigt på morgonen för att försöka köra sina experiment med så få personer i byggnaden som möjligt.

"Varje dag skulle vi komma till labbet tidigt för att använda chockröret var ganska högt - det skapar denna efterklang som är hög även med hörselskydd på, "Sa Scafidi." Så vi skulle testa innan de flesta kom in. "

Några av studenterna - som Scafidi och Fassardi - hade hoppats få engagera sig i forskning som studenter, även om ingen av dem förväntade sig att de skulle kunna göra det som andra år, vilket var när de började arbeta i Eliassons lab.

"Jag planerade att engagera mig i forskning som en kandidat men den här möjligheten kom tidigare än jag hade förväntat mig, eftersom jag fortfarande hade två år kvar av min examen och trodde att jag skulle bli en bättre forskningskandidat året efter, sa Fassardi, en flygteknikstudent. "Men den här möjligheten var perfekt eftersom vårt papper publicerades bara två veckor efter examen!"

Fassardi kommer att arbeta för Lockheed Martin Space i Sunnyvale från och med augusti.

"Jag ville gå med i ett labb, men jag visste inte att du hade så många alternativ inom konstruktionsteknik "Sa Scafidi." Jag trodde att det mest var civil design. Så att gå med i Eliassons laboratorium visade mig att du kan skräddarsy din examen mot så många andra saker - chockvågforskning, strukturell hälsoövervakning. Jag kan använda det jag lärde mig i hennes labb under hela min karriär. "

För Ivanov, som inte hade planerat att forska, upplevelsen var utmanande, givande, och i slutändan inflytelserik - han krediterar arbetet i Eliassons laboratorium med sitt beslut att ta en examen. Han kommer att återvända till UC San Diego under hösten för att arbeta mot en magisterexamen i mekanisk och rymdteknik.