Wanneer een materiaal wordt blootgesteld aan een extreme belasting in de vorm van een schok- of explosiegolf, schade vormt zich vaak intern door een proces dat spall-fractuur wordt genoemd.

Aangezien dit soort intense gebeurtenissen zelden op zichzelf staan, er is onderzoek nodig om te weten hoe beschadigde materialen reageren op daaropvolgende schokgolven - een stuk harnas heeft niet veel zin als het na één botsing uiteenvalt.

Tot verbazing van onderzoekers recente experimenten op spallbreuk in metalen vonden dat, in bepaalde gevallen, er was een bijna volledig gebrek aan schade met slechts een dunne band van veranderde microstructuur waargenomen. Gebruikelijk, onder dit soort omstandigheden, het materiaal zou honderden kleine holtes en scheuren bevatten.

In een artikel voor de Tijdschrift voor Toegepaste Natuurkunde , onderzoekers van het Los Alamos National Laboratory vernauwden precies waarom de verwachte schade ontbrak.

"Er werden tegenstrijdige hypothesen gesuggereerd voor het ontbreken van schade. Was er een soort van versterking opgetreden, zodat schade nooit is ontstaan, of is de schade door een andere belasting tot een volledig dichte toestand teruggebracht?' zei auteur David Jones. "Door het experiment in twee fasen te splitsen - schadevorming en herverdichting - konden we bepalen welke hypothese correct was."

Materialen die schokschade ondervinden bij hoge spanningssnelheden door een plotselinge impact, zullen een significant ander gedrag vertonen in vergelijking met hun reactie onder standaard, mechanische testen met een laag tarief.

De onderzoekers gebruikten gas-gun flyer-plate impact experimenten om eerst monsters te beschadigen, en sla dan een tweede keer op deze monsters om te zien hoe de schokgolf interageert met het schadeveld, wat nog niet eerder was gedaan. Ze ontdekten dat een schokspanning van slechts 2 tot 3 gigapascal een beschadigd koperen doelwit daadwerkelijk comprimeerde en een nieuwe verbinding creëerde waarbij de ooit gebroken oppervlakken weer bij elkaar werden gebracht.

"Dit onderzoek, waar zorgvuldige experimenten worden gebruikt om de sterkte en beschadigingsreactie van een materiaal onder schokbelasting te isoleren, helpt te onthullen hoe microstructuur een sleutelrol speelt in dynamische respons, " zei Jones.

De auteurs hopen dat de toekomst van onderzoek naar schokfysica de volgende generatie vrije-elektronenröntgenlasers zal omvatten, een spelveranderende tool.

"Om deze micrometerschaal in realtime in beeld te kunnen brengen, schadegebeurtenissen van microseconden in metalen zullen een paradigmaverschuiving zijn in de diagnostiek van schokfysica, " zei Jones.