Genom att studera beteendet hos en kortlek, och travar av annat material, som stål och aluminium, forskare vid Drexel University bevisar att det finns ett bucklingsfenomen som inträffar inuti skiktade material när de sätts under tryck. Upptäckten kan forma hur forskare - från strukturella och mekaniska ingenjörer till geologer och seismologer - studerar hur saker deformeras under tryck.

Detta fenomen, beskrevs som "knäckande icke-linjär elastiskt" beteende av forskarna vid Drexels avdelning för materialvetenskap och teknik som först rapporterade det 2016, beskrivs bäst som separation och buckling av de inre skikten av ett material när de komprimeras från sidorna. Vanliga exempel är hur korten i en kortlek böjs när du klämmer dem från kanterna utan att låta korten separera, eller hur en krusning ibland bildas i en matta om den trycks från kanten.

I trycksatta miljöer som denna, oavsett om det är vid kortbordet eller i mitten av tektoniska plattor, något måste ge. Deras teori förklarar exakt hur det där "ge" ser ut och hur det går till. I deras senaste artikel "Ripplocations:A Universal Deformation Mechanism in Solids, " publicerad i tidskriften Material för fysisk granskning , forskarna ger den första titten på dessa interna vågor, döpt till "ripplocations, " som kan observeras med blotta ögat.

"Vad vi gjorde här var att visa att ripplokationer finns på makronivå och sedan modellerade dem på atomnivå, och visade att svaret i princip var detsamma", sa Michel Barsoum Ph.D., Erkänd professor vid Drexel's College of Engineering och huvudförfattare till artikeln. "Det här är första gången ripplocations har setts i aktion och hjälpte oss att förstå varför de är reversibla"

Barsoums tidigare arbete antydde förekomsten av ripplokationer genom att använda atomistiska simuleringar av bulkmaterial. Denna rapport visar tydligt bildandet av krusningsband – inre lager som är böjda i vågliknande formationer – när de bildas i en bunt kort, tunna stål- och aluminiumplåtar när de komprimeras i sidled när de är inneslutna.

"Experimentet vi genomförde är faktiskt ganska enkelt. I ett fall, vi begränsade en kortlek från sidorna och tryckte på dem från toppen. Vid en given belastning, knäckning uppstår, men eftersom däcket är instängt, de beter sig som vågor som är helt reversibla, sa Leslie Lamberson, Ph.D., en docent i College of Engineering och en medförfattare till uppsatsen.

"Med hjälp av atomsimuleringar visar vi att i grafit, som i kortleken, ripplocations kärnor någon gång innan materialet når sin brottpunkt och tills det når den punkten, beteendet är helt reversibelt – om trycket tas bort, krusningarna försvinner och lagren återgår till sin ursprungliga form, sa Garritt Tucker, Ph.D., en biträdande professor vid Colorado School of Mines och en medförfattare till tidningen.

De observerade också att krusningsband bildas på en gång, med vågorna som växer fram i massor när belastningen appliceras. Höjden på krusningarna, eller amplitud, ökade med belastningen.

"Det här dokumentet visar att ripplokationer är skaloberoende, " Barsoum sa. "Denna första undersökning visade att ripplocations existerar och är mer eller mindre helt reversibla och att de skingra energi på ett sätt som vi har observerat i skiktade fasta ämnen på atomär skala i mer än ett decennium nu. Men att visa samma beteende i skiktade material som vi kan se direkt, är ett viktigt steg mot att bevisa att beteendet sker i material av alla storlekar."

Barsoum föreslår att denna forskning en dag skulle kunna informera geologer som studerar deformationen av skiktade geologiska formationer, samt hjälpa oss att bättre förstå det plattektoniska beteende som orsakar jordbävningar.

"Forskningen om deformation av skiktade system i allmänhet har handlat om deras misslyckande. I detta arbete, vi visar att det finns en viktig, icke-linjär elastisk regim som föregår fel som har, så vitt vi vet, nästan totalt försummat. Fallet vi gjorde, dock, att förståelse för denna regim är avgörande och grundläggande för att förstå alla andra, " de skriver.