Una mappa che mostra l'orientamento cristallografico di una regione che originariamente conteneva un vuoto, che è stato poi sottoposto a un secondo carico d'urto (l'onda d'urto è passata dal basso verso l'alto dell'immagine). Il vuoto è stato ricompattato con energia sufficiente non solo per raggiungere uno stato completamente denso, ma guida la ricristallizzazione all'interfaccia, come dimostra la sottile fascia di grani molto piccoli. Credito:David Jones
Quando un materiale è sottoposto a un carico estremo sotto forma di onda d'urto o esplosione, il danno spesso si forma internamente attraverso un processo chiamato frattura da scheggia.
Poiché questi tipi di eventi intensi sono raramente isolati, sono necessarie ricerche per sapere come i materiali danneggiati rispondono alle successive onde d'urto:un pezzo di armatura non è molto utile se si disintegra dopo un impatto.
Con sorpresa dei ricercatori, la recente sperimentazione sulla frattura da spall nei metalli ha rilevato che, in certi casi, c'era una mancanza quasi completa di danni con solo una sottile banda di microstruttura alterata osservata. Generalmente, in questo tipo di condizioni, il materiale conterrebbe centinaia di piccoli vuoti e crepe.
In un articolo per il Rivista di fisica applicata , i ricercatori del Los Alamos National Laboratory hanno ristretto esattamente il motivo per cui mancava il danno previsto.
"Sono state suggerite ipotesi contrastanti per l'assenza di danni. Si è verificato un qualche tipo di rafforzamento, in modo che il danno non si sia mai nucleato, o il danno è stato ricompattato a uno stato completamente denso da qualche altro carico?", ha detto l'autore David Jones. "Dividendo l'esperimento in due fasi - formazione del danno e ricompattazione - abbiamo potuto determinare quale ipotesi fosse corretta".
I materiali che subiscono danni da urto ad alte velocità di deformazione da un impatto improvviso mostreranno un comportamento significativamente diverso rispetto alla loro risposta secondo lo standard, prove meccaniche a bassa velocità.
I ricercatori hanno utilizzato esperimenti di impatto su piastre volanti con pistole a gas per danneggiare prima i campioni, e quindi urtare questi campioni una seconda volta per vedere come l'onda d'urto interagisce con il campo di danno, che non era stato fatto prima. Hanno scoperto che uno stress da shock di soli 2 o 3 gigapascal ha effettivamente ricompattato un bersaglio di rame danneggiato e ha creato un nuovo legame in cui le superfici una volta rotte sono state riportate insieme.
"Questa ricerca, dove vengono utilizzati accurati esperimenti per isolare la resistenza e la risposta al danno di un materiale sotto carico d'urto, aiuta a rivelare come la microstruttura svolga un ruolo chiave nella risposta dinamica, " ha detto Jones.
Gli autori sperano che il futuro della ricerca sulla fisica degli shock coinvolgerà laser a raggi X a elettroni liberi di prossima generazione, uno strumento rivoluzionario.
"Essere in grado di visualizzare in tempo reale queste scale micrometriche, gli eventi di danno della durata di microsecondi nei metalli rappresenteranno un cambiamento di paradigma nella diagnostica della fisica degli urti, " ha detto Jones.
