Установлено, что энергия разрушения сети подчиняется универсальному закону для всех материалов
23.01.2025Исследователи MIT разработали новую модель, которая объясняет, как различные типы сетевых материалов ломаются и разрушаются. Исследование, опубликованное в Physical Review X, фокусируется на материалах, содержащих взаимосвязанные нити, таких как автомобильные шины, человеческие ткани и паутина.
Исследовательская группа определила универсальный закон масштабирования, который помогает предсказать энергию, необходимую для разрушения этих сетей. Согласно исследованию, прочность этих материалов можно повысить, сделав нити длиннее, более растяжимыми или более устойчивыми к разрывным усилиям. Группа подтвердила свои выводы с помощью практических экспериментов с использованием растягивающихся сетей, напечатанных на 3D-принтере.
Растягивающаяся сеть, напечатанная на 3D-принтере, выглядит как ткань с рыхлыми стежками и крупными порами (Изображение предоставлено: Xuanhe Чжао)
“Наши результаты раскрывают простой общий закон, который управляет энергией разрушения сетей в различных материалах и масштабах длины,” говорит Сюаньхэ Чжао, профессор машиностроения, гражданского и экологического строительства в Массачусетском технологическом институте. Исследование заполняет пробел в существующих физических моделях, которые ранее пытались связать механику нитей и связность для прогнозирования поведения объемного разрушения.
Аспирант Чейз Хартквист, один из ведущих авторов статьи, объясняет, что прочность сети также можно улучшить, соединяя нити в более крупные петли. Исследовательская группа обнаружила, что, несмотря на различия в структурах сетей, все они следовали последовательным, предсказуемым моделям поведения.
Эти результаты имеют потенциальное применение в области архитектурных материалов, где внутренняя структура определяет свойства материала. Исследование предлагает новые подходы к улучшению различных материалов, от мягких роботизированных компонентов до искусственных тканей. Полное исследование теперь доступно в виде статьи с открытым доступом в Physical Review X.
Источник: news.mit.edu