Wetenschap
Krediet:CC0 Publiek Domein
In het afgelopen decennium hebben wetenschappers geëxperimenteerd met metamaterialen, kunstmatige materialen ontworpen met periodieke interne structuren om ze eigenschappen te geven die niet worden gevonden in natuurlijke materialen. Afhankelijk van hun interne geometrie en samenstelling, onderzoekers hebben ontdekt dat ze golven kunnen beheersen die zich door sommige van deze materialen voortplanten, het filteren van geluid of het afbuigen van licht zodat een object "verhuld" of onzichtbaar lijkt, bijvoorbeeld.
Zou ditzelfde principe kunnen worden toegepast op het beheersen van seismische golven? Tijdens de jaarvergadering van SSA 2019, seismologen van over de hele wereld zullen bespreken hoe de metamateriaaltheorie op alles kan worden toegepast, van het ontwikkelen van afbuigbarrières tot het manipuleren van de indeling van gebouwen in een stad als een manier om de impact van schadelijke seismische oppervlaktegolven te minimaliseren.
Lav Joshi, een doctoraat student en J.P. Narayan, een professor aan het Indian Institute of Technology in Roorkee, India onderzoekt of het metamateriaalconcept kan worden opgeschaald naar de grootte van een stad. Ze werden geïnspireerd door eerdere studies waarin onderzoekers keken hoe groepen bomen konden worden gebruikt als een natuurlijk metamateriaal om het schadelijke potentieel van Rayleigh-golven te verminderen, die over de grond "rollen" en zich uitspreiden vanuit de epicentrale zone van een aardbeving.
"Ideeën lenen uit deze studies, we begonnen te werken aan het concept van bestaande structuren als metamaterialen of metastructuren, het combineren van onze huidige kennis van site-city interactie-effecten en seismische golfvoortplanting, " zei Joshi.
Joshi en collega's voerden 3D-simulaties uit van hoe Rayleigh-golven door de structuren van verschillende hoogtes en breedtes in een stad gaan. Ze ontdekten dat de structuren fungeren als "resonatoren" die energie uit de Rayleigh-golven plukken.
Om dit effect voor de hele stad te maximaliseren, Joshi zei, "de mogelijke regeling voor een stad zou zijn dat de hoogte van een gebouw radiaal naar binnen zou afnemen, aangezien de fundamentele longitudinale trillingsmodus van hoogbouw kan samenvallen met de flexurale trillingsmodus van kortere gebouwen, waardoor hun schade aanzienlijk wordt verminderd."
Andere factoren, inclusief kenmerken van het omringende landschap zoals bergen en valleien, zal ook interageren met het patroon van gebouwen, invloed hebben op de omvang van de schade, hij voegde toe.
In een andere presentatie op de vergadering, Maria Todorovska van de Tianjin University in China zal haar werk presenteren over hoe een periodieke opstelling van grootschalige barrières zoals uitgegraven gaten en heuvels als een seismisch metamateriaal zou kunnen fungeren. Haar modelresultaten laten zien dat periodieke "valleien" meer grondbeweging lijken te verminderen dan diepere en smallere "canyons" of heuvels.
Met meer onderzoek, het idee om het stadslandschap te modelleren als een seismisch metamateriaal kan stadsplanners en aardbevingsingenieurs helpen bij het bouwen in gebieden waar ondiepe schadelijke aardbevingen worden verwacht, zeggen de wetenschappers.
Wetenschap © https://nl.scienceaq.com