足球即时比分 咬牙切齿的秘密力量

有一种对脆性材料的裂纹进行建模的方法。

牙齿的强度以毫米为单位。瓷器般的笑容很亲切 类似的陶瓷——除了瓷器板在相互撞击时会破碎 另外，我们的牙齿却没有，这是因为它们充满了缺陷。 

正是这些缺陷激发了作者领导的最新论文苏珊塔·戈什，助理教授机械工程系-工程力学。这项研究最近发表在期刊上。以及一支敬业的研究生团队——Upendra Yadav、Mark Coldren 和 Praveen Bulusu — 以及机械工程师同事特丽莎·赛恩，Ghosh 研究了玻璃等脆性材料的微结构 和陶瓷。

“自炼金术士时代以来，人们就一直试图创造新材料，”戈什说。 “他们所做的是在化学层面，而我们在微观层面上工作。改变 材料的几何形状（微观结构）是一种新的范式，开辟了 因为我们正在使用众所周知的材料，所以有许多新的可能性。”

防碎玻璃

更强的玻璃让我们回到牙齿和贝壳。从微观层面来看，主要 牙齿和外壳的硬脆成分存在薄弱的界面或缺陷。这些 界面填充有软聚合物。随着牙齿的咬合和贝壳的碰撞，柔软的 斑点缓冲了硬板，让它们彼此滑过。进一步下 变形时，它们像钩环紧固件或尼龙搭扣一样互锁，从而承载 巨大的负载。但咀嚼时，没有人能够看到牙齿形状的变化 用肉眼。微结构的变化发生在微米尺度上， 它的连锁结构会反弹，直到变成粘稠的焦糖或流氓爆米花仁 将滑板推至断裂点。

关于研究员

苏珊塔·戈什

susantag@mtu.edu
906-487-2689

研究专长

• 贝叶斯机器学习和不确定性量化
• 科学机器学习
• 计算固体力学
• 材料建模
• 生物医学成像和反演问题

研究员简介

戈什研究的就是这个转折点。该领域的研究人员发现 实验表明在玻璃中添加小缺陷可以增加材料的强度 超过200次。这意味着软缺陷会减缓故障，引导 裂纹扩展，并增加脆性材料的能量吸收。

“故障过程是不可逆且复杂的，因为架构 通过预定路径捕获裂缝可能是弯曲且复杂的，”Ghosh 说。 “我们使用的模型试图描述断裂扩展和接触力学 在两个硬脆构件之间的界面处。”

有限元法

自然界中的微结构模式在进化时间线上逐渐显现。 材料科学家和工程师的工作时间较短，因此他们正在开发工具 找出最佳缺陷及其理想几何形状。有限元法（FEM） 就是这样一种技术。

FEM 是一种数值模型，通过评估各个部分来分解复杂的整体 - 称为有限元 - 然后使用微积分将所有内容重新组合在一起 的变化。 Humpty Dumpty 和所有国王的人都会喜欢 FEM，但它是 没有快速的路边技巧。要运行如此复杂的计算需要超级计算机， 喜欢高级在足球比赛结果，确保插入正确的输入需要勤奋， 耐心和对编码细节的敏锐洞察力。利用FEM实现超强玻璃的方法 模拟材料的硬板和软板之间所有可能的相互作用 点。

分析建模

Ghosh 和他的团队认识到，虽然 FEM 提供了准确的解决方案，但它 耗时且不适合处理大量模型。所以，他们 想出了一个替代方案。

“我们想要一个简单的近似模型来描述材料，”他解释道 该团队使用比有限元计算更基本的数学方程来概述和描述 材料内的形状以及它们如何相互作用。 “当然，一个实验 是最终的测试，但更高效的建模有助于我们加快开发速度 通过专注于在模型中表现良好的材料来处理并节省资金。”

Ghosh 实验室的 FEM 和分析微架构模型都可以帮助 陶瓷、生物医学植入物和建筑物中的玻璃像我们的牙齿一样坚韧。

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