En karta som visar kristallografisk orientering av en region som ursprungligen innehöll ett tomrum, som sedan utsattes för en andra chockbelastning (chockvågen passerade från botten till toppen av bilden). Tomrummet har kompakterats om med tillräckligt med energi för att inte bara nå ett helt tätt tillstånd, men driver omkristallisering vid gränssnittet, som visas av det tunna bandet av mycket små korn. Upphovsman:David Jones
När ett material utsätts för en extrem belastning i form av en chock eller sprängvåg, skador bildas ofta internt genom en process som kallas spallfraktur.
Eftersom dessa typer av intensiva händelser sällan är isolerade, forskning behövs för att veta hur skadade material reagerar på efterföljande chockvågor - en rustning är inte till stor nytta om den sönderfaller efter en stöt.
Till forskarnas förvåning, nyligen utförda experiment med spallfraktur i metaller fann att i vissa fall, det var en nästan fullständig brist på skada med endast ett tunt band av förändrad mikrostruktur observerad. Vanligtvis, under sådana här förhållanden, materialet skulle innehålla hundratals små håligheter och sprickor.
I en artikel för Journal of Applied Physics , forskare från Los Alamos National Laboratory begränsade exakt varför den förväntade skadan saknades.
"Motstridiga hypoteser föreslogs om bristen på skador. Var det någon form av förstärkning som inträffade, så att skadan aldrig bildades, eller var skadan återkompakterad till ett helt tätt tillstånd genom någon annan laddning? "sa författaren David Jones." Genom att dela upp experimentet i två faser - skada och återkomprimering - kunde vi avgöra vilken hypotes som var korrekt. "
Material som upplever stötskador vid höga töjningshastigheter från en plötslig påverkan kommer att uppvisa betydligt annorlunda beteende jämfört med deras svar enligt standard, mekanisk testning med låg hastighet.
Forskarna använde gas-pistol flygblad-platta nedslagsexperiment för att först skada prover, och sedan påverka dessa prover en andra gång för att se hur chockvågen interagerar med skadefältet, som inte gjorts tidigare. De hittade en chockstress på bara 2 till 3 gigapascal omkompakterade faktiskt ett skadat kopparmål och skapade en ny bindning där de en gång brutna ytorna återfördes.
"Denna forskning, där noggranna experiment används för att isolera materialets styrka och skadesvar vid stötbelastning, hjälper till att avslöja hur mikrostruktur spelar en nyckelroll i dynamiskt svar, sa Jones.
Författarna hoppas att framtiden för chockfysikforskning kommer att innebära nästa generations gratis elektronröntgenstrålare, ett verktyg som förändrar spelet.
"Att kunna avbilda i realtid dessa mikrometer-skala, Mikrosekund-varaktighet skador i metaller kommer att vara ett paradigmskifte inom chockfysikdiagnostik, sa Jones.
