Акустические эмиссии раскрывают внутренние движения в гранулированных материалах

При воздействии значительной нагрузки или деформации отдельные частицы в гранулированном материале могут реорганизовываться в более стабильную структуру. В небольших масштабах такая реорганизация представляет собой просто перераспределение зерен. Однако в некоторых случаях она становится первым шагом к критическому разрушению, спусковым механизмом для схода лавины или оползня.

Для понимания того, как движение отдельных зерен перерастает в массовое смещение, необходим метод наблюдения за внутренними процессами, не вмешивающийся в поведение материала. В серии экспериментов Мичлмайр и его коллеги обнаружили, что для прослушивания динамики на уровне зерен можно использовать специально настроенные вибрационные датчики. Ученые установили, что упругие волны разной частоты позволяют отслеживать и измерять различные типы движения внутри гранулированного материала.

В ходе экспериментов авторы подвергали гранулированные материалы с разным размером зерен деформации. Они обнаружили, что при постоянной деформации напряжения в материалах колеблются по пилообразному закону — плавно нарастают, а затем резко падают. Эти падения напряжения сдвига — признак реорганизации — коррелируют с регистрацией низкочастотных акустических эмиссий. Материалы с меньшим размером зерен испытывают более частые, но менее мощные падения напряжения по сравнению с материалами с более крупными зернами. Наблюдения за высокочастотными акустическими эмиссиями, как выяснили авторы, были связаны с взаимодействиями между отдельными зернами.