Un team di ingegneri universitari presso l'UC San Diego ha scoperto un metodo che potrebbe rendere i materiali più resistenti a shock massicci come terremoti o esplosioni. Gli studenti, conducendo ricerche nel laboratorio di ingegneria strutturale della professoressa Veronica Eliasson, usava un tubo d'urto per generare potenti esplosioni all'interno del tubo, a Mach 1.2 per l'esattezza, significa più veloce della velocità del suono. Hanno quindi utilizzato una fotocamera ad altissima velocità per catturare e analizzare come sono andati i materiali con determinati modelli.

Precedenti ricerche del laboratorio di Eliasson avevano dimostrato che gli ostacoli disposti in una spirale logaritmica - immagina un guscio di Nautilus che gira a spirale intorno e intorno - erano in grado di diminuire meglio l'energia di un'onda d'urto e ridurre il danno complessivo rispetto a quando disposti in altri schemi. Gli studenti hanno fatto un ulteriore passo avanti, testare se tagliare tre scanalature in ciascun lato dei loro materiali di ostacolo rettangolari sarebbe un attenuatore dell'urto ancora migliore rispetto a ostacoli simili disposti in una spirale logaritmica ma senza scanalature.

Hanno scoperto che questi solchi hanno effettivamente diminuito gli impatti di quella che viene chiamata l'onda d'urto riflessa, una volta che l'onda iniziale ha colpito la spirale di ostacoli ed è rimbalzata indietro. I risultati sono stati inconcludenti per l'onda d'urto trasmessa iniziale. Gli studenti universitari hanno riportato i loro risultati sulla rivista Modellazione multiscala e multidisciplinare, Esperimenti e progettazione .

"Questa ricerca può essere utilizzata anche in applicazioni militari e civili, progettare materiali ed edifici per resistere al meglio alle esplosioni ad alta intensità, "ha detto Cristina Scafidi, uno degli autori del paper e laureato in ingegneria strutturale nel 2019.

Scafidi sta facendo uno stage per DCI Engineers a San Diego questa estate prima di tornare alla Jacobs School of Engineering per conseguire un master in ingegneria strutturale questo autunno.

"L'industria del carbone ha avuto molti incidenti mortali e riteniamo che questa ricerca rappresenti un valido motivo per proteggere i lavoratori dalle onde esplosive che possono facilmente propagarsi in un'intera miniera di carbone, " ha aggiunto Aleksandr Ivanov, un neolaureato in ingegneria aerospaziale e coautore del documento. "Se l'intero muro della miniera di carbone potesse essere rivestito con questi solidi ostacoli geometrici, potrebbe fornire un modo economico per proteggere tutti i lavoratori della miniera".

Ivanov, Scafidi, Nicolas Fassardi e Tal Shemen, tutti gli studenti universitari di ingegneria che si sono laureati a giugno, dovuto organizzare meticolosamente gli esperimenti sulle onde d'urto, assicurandosi che non solo i materiali fossero allineati correttamente e il tubo pressurizzato esattamente a destra, ma anche assicurandosi che lo specchio e il sistema di lenti che hanno usato per catturare i risultati sulla fotocamera ad alta velocità fossero a posto, pure.

Gli studenti sarebbero entrati in laboratorio la mattina presto per provare a eseguire i loro esperimenti con il minor numero possibile di persone nell'edificio.

"Ogni giorno arrivavamo in laboratorio molto presto perché l'uso del tubo d'urto era piuttosto rumoroso:crea questo riverbero che è forte anche con le protezioni per le orecchie, " Ha detto Scafidi. "Quindi avremmo eseguito i test prima che la maggior parte delle persone entrasse".

Alcuni studenti, come Scafidi e Fassardi, avevano sperato di impegnarsi nella ricerca come laureandi, anche se nessuno dei due si aspettava che sarebbero stati in grado di farlo come studenti del secondo anno, che è quando hanno iniziato a lavorare nel laboratorio di Eliasson.

"Avevo programmato di essere coinvolto nella ricerca come studente universitario, ma questa opportunità è arrivata prima di quanto mi aspettassi, dato che avevo ancora due anni dalla mia laurea e pensavo che sarei stato un candidato di ricerca migliore l'anno successivo, "disse Fassardi, uno studente di ingegneria aerospaziale. "Tuttavia questa opportunità era perfetta perché il nostro articolo è stato pubblicato appena due settimane dopo la laurea!"

Fassardi lavorerà per Lockheed Martin Space a Sunnyvale a partire da agosto.

"Volevo entrare in un laboratorio ma non sapevo che laureando in ingegneria strutturale avevi così tante opzioni, "Ha detto Scafidi. "Ho pensato che sarebbe stato per lo più design civile. Quindi entrare nel laboratorio di Eliasson mi ha mostrato che puoi adattare la tua laurea a tante altre cose:ricerca sulle onde d'urto, monitoraggio della salute strutturale. Posso usare ciò che ho imparato nel suo laboratorio durante la mia carriera".

Per Ivanov, che non aveva programmato di fare ricerca, l'esperienza è stata impegnativa, gratificante, e in definitiva influente:attribuisce al lavoro nel laboratorio di Eliasson la decisione di perseguire una laurea. Tornerà alla UC San Diego in autunno per lavorare verso un master in ingegneria meccanica e aerospaziale.