Een team van niet-gegradueerde ingenieurs van UC San Diego heeft een methode ontdekt die materialen veerkrachtiger kan maken tegen enorme schokken zoals aardbevingen of explosies. De studenten, onderzoek doen in het bouwtechnisch laboratorium van professor Veronica Eliasson, gebruikte een schokbuis om krachtige explosies in de buis te genereren - bij Mach 1.2 om precies te zijn, betekent sneller dan de snelheid van het geluid. Vervolgens gebruikten ze een ultrasnelle camera om vast te leggen en te analyseren hoe materialen met bepaalde patronen het deden.

Eerder onderzoek van Eliasson's lab had aangetoond dat obstakels die in een logaritmische spiraal zijn opgesteld - beeld een Nautilus-schelp die rond en rond draait - beter in staat waren om de energie van een schokgolf te verminderen en de algehele schade te verminderen dan wanneer ze in andere patronen werden gerangschikt. De studenten gingen nog een stap verder, testen of het snijden van drie groeven in elke kant van hun rechthoekige obstakelmaterialen een nog betere demping van de schok zou zijn in vergelijking met vergelijkbare obstakels die in een logaritmische spiraal zijn gelegd maar zonder groeven.

Ze ontdekten dat deze groeven inderdaad de impact verminderden van wat de gereflecteerde schokgolf wordt genoemd - zodra de eerste golf de spiraal van obstakels heeft geraakt en terugkaatst. De resultaten waren niet overtuigend voor de aanvankelijke uitgezonden schokgolf. De niet-gegradueerde studenten rapporteerden hun bevindingen in het tijdschrift Multischaal en multidisciplinair modelleren, Experimenten en ontwerp .

"Dit onderzoek kan ook worden gebruikt in militaire toepassingen en civiele toepassingen, om materialen en gebouwen te ontwerpen die beter bestand zijn tegen explosies met hoge intensiteit, " zei Christina Scafidi, een van de auteurs van het artikel en een afgestudeerde bouwkundige in 2019.

Scafidi loopt deze zomer stage bij DCI Engineers in San Diego voordat hij terugkeert naar de Jacobs School of Engineering om dit najaar een master in bouwtechniek te behalen.

"De kolenindustrie heeft veel dodelijke ongevallen gehad en we geloven dat dit onderzoek een sterk argument vormt om de arbeiders te beschermen tegen explosiegolven die zich gemakkelijk door een hele kolenmijn kunnen verspreiden, " voegde Alexander Ivanov eraan toe, een recent afgestudeerde lucht- en ruimtevaarttechniek en co-auteur van het artikel. "Als de hele muur van de kolenmijn zou kunnen worden bekleed met deze solide geometrische obstakels, het zou een goedkope manier kunnen zijn om alle arbeiders in de mijn te beschermen."

Ivanov, Scafidi, Nicolas Fassardi en Tal Shemen, alle niet-gegradueerde ingenieursstudenten die in juni zijn afgestudeerd, de schokgolfexperimenten minutieus moesten regelen, ervoor te zorgen dat niet alleen de materialen correct waren uitgelijnd en de buis precies goed onder druk stond, maar ook om ervoor te zorgen dat het spiegel- en lenssysteem dat ze gebruikten om de resultaten op de hogesnelheidscamera vast te leggen, aanwezig was, te.

De studenten gingen 's ochtends vroeg het lab in om te proberen hun experimenten uit te voeren met zo min mogelijk mensen in het gebouw.

"Elke dag kwamen we heel vroeg naar het laboratorium omdat het gebruik van de schokbuis behoorlijk luid was - het creëert een galm die luid is, zelfs met gehoorbescherming aan, "Zei Scafidi. "Dus we zouden tests doen voordat de meeste mensen binnenkwamen."

Sommige studenten, zoals Scafidi en Fassardi, hadden gehoopt als student aan onderzoek te kunnen doen, hoewel geen van beiden had verwacht dat ze dit als tweedejaars zouden kunnen doen, toen begonnen ze te werken in het lab van Eliasson.

"Ik was van plan om als student aan onderzoek te doen, maar deze kans kwam eerder dan ik had verwacht, aangezien ik nog twee jaar van mijn bachelor had en dacht dat ik het jaar daarop een betere onderzoekskandidaat zou zijn, " zei Fassardi, een student lucht- en ruimtevaarttechniek. "Maar deze kans was perfect omdat onze paper slechts twee weken na het afstuderen werd gepubliceerd!"

Fassardi gaat vanaf augustus werken voor Lockheed Martin Space in Sunnyvale.

"Ik wilde naar een lab gaan, maar ik wist niet dat je als hoofdvak bouwkunde zoveel opties had, " Zei Scafidi. "Ik dacht dat het voornamelijk civiel ontwerp zou zijn. Dus lid worden van Eliasson's lab liet me zien dat je je diploma kunt afstemmen op zoveel andere dingen - schokgolfonderzoek, structurele gezondheidsmonitoring. Wat ik in haar lab heb geleerd, kan ik mijn hele carrière gebruiken."

Voor Ivanov, die niet van plan waren om onderzoek te doen, de ervaring was uitdagend, belonend, en uiteindelijk invloedrijk - hij dankt het werken in het laboratorium van Eliasson met zijn beslissing om een ​​graduaat te behalen. In de herfst keert hij terug naar UC San Diego om te werken aan een master in werktuigbouwkunde en ruimtevaarttechniek.