“看看梅奥 实验揭示了弹塑性材料的“不稳定阈值””

lehigh大学机械工程和力学副教授arindam banerjee研究极端环境中材料的动力学。 他和他的团队已经建立了许多装置，比较有效地研究了高加速度和离心力影响下的流体和其他材料的动力学。

有兴趣的行业之一是瑞利-泰勒不稳定性，当密度和压力梯度处于相反方向时，会在不同密度的材料之间发生，从而产生不稳定的层。

有重力时-或任意加速场-2种材料像'； 手指'； 彼此穿透，班杰说。

根据banerjee的说法，对不稳定性的理解仅限于流体(液体或气体)。 对加速固体中不稳定性的发展知之甚少。 要加速固体的短时间尺度和大测量的不确定性，对研究该材料是非常困难的。

banerjee和他的团队成功地描绘了加速下弹性塑料材料和轻质材料的界面。 他们发现不稳定性的开始-或不稳定性阈值-与应用的振幅(干扰)和波长(峰值之间的距离)的大小有关。 他们的结果表明，相对于二维和三维的扰动(或运动)，初始振幅和波长的减少产生了更稳定的界面，增加了不稳定性所需的加速度。

这些结果被记载在今天发表于physical review e的论文中，被称为Rayleigh-Taylor-instabilityexperimentswithelastic-plastic materials。 除了banerjee之外，共同作者还包括banerjee集团的rinosh polavarapu (现在的博士生)和pamela roach )原ms的学生)。

科学界一直在讨论不稳定的增长是否与初始条件和更局部的毁灭性进程有关，banerjee说。 我们的实验证实了前面的结论:界面的生长强烈依赖于振幅和波长等初始条件的选择。

正在实验中。 hellman的皇家蛋黄酱被放入有机玻璃容器中。 蛋黄酱形成不同波状的混乱，通过转轮试验加速样品。 用高速摄像机( 500 fps )跟踪材料的生长。 然后应用用matlab编写的图像解决算法计算与不稳定性相关的各种参数。 关于振幅的影响，将初始条件范围设为w / 60到w / 10，使波长从w / 4到w变化来调查波长的影响( w表示容器宽度的大小)。 然后，将各种波长和振幅组合的实验生长速度与现有的这种流动分解模型进行了比较。

banerjee说，通过这项事业，研究人员可以看到材料的弹塑性和不稳定性的发展，为这种流动模型的开发、验证和验证提供了有用的数据库。

他补充说，对加速下弹塑性材料不稳定阈值的新认识，对处理地球物理学、天体物理学、爆炸焊接等工业过程和惯性相关的高能密度物理问题等挑战具有重要作用。 约束融合。

理解惯性约束的流体力学

banerjee致力于被称为惯性约束的核聚变最有希望的实现方法之一。 在美国，这项研究的两个主要实验室是位于加利福尼亚州利弗莫尔的劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火设施-美国最大的惯性约束融合实验-和新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室。 伯纳奇与两者合作。 他和他的团队试图了解融合反应的基本流体力学和物理学。

在惯性约束实验中，气体(氢同位素，例如磁融合)在豌豆大小的金属粒子内被冷冻。 将粒子放入腔室，用高功率激光打击，压缩气体加热至数百万开尔文-约4亿华氏度-创造融合条件。

纳秒产生的大量热传播会使金属熔化。 大规模压缩会导致内部气体破裂，产生不理想的结果。 胶囊在融合之前会爆炸。 banerjee解释说，了解这一动向的方法之一是想象气球被压扁。

气囊压缩时，内部的空气体会移动限制它的材料，并尝试向外移动。 班杰说。 有时气球会在压力下破裂。 同样的事件发生在融合室内。 气体和熔融金属的混合会引起爆炸。

为了防止混合，banerjee补充说，首先需要知道熔融金属和加热气体是如何混合的。

为此，他的小组进行了模拟惯性约束条件的实验，通过消除温度梯度和核反应隔离了物理学。

banerjee和他的团队花了四年多的时间建造了专门用于这些实验的设备。 该实验位于lehigh packard实验室的一层，可以在惯性约束融合相关的条件下研究双流体混合，因此是世界上唯一的实验。 最先进的设备也可以用于流量的诊断。 这些项目由能源部、洛斯阿拉莫斯国家实验室和国家科学基金资助。

研究者们喜欢采用蛋黄酱作为banerjee模仿熔融金属的做法之一。 他说金属在高温下的材料特性和动力学和低温蛋黄酱很相似。

这个队的设备重新创造了气体和熔融金属混合的令人难以置信的速度。 从他们正在运行的实验中收集数据，输入到洛斯阿拉莫斯国家研究所开发的模型中。

他们提出了很多复杂的问题，把它们分成六个或七个小问题。 banerjee是这样解释的。 一些材料科学家致力于这个问题的几个方面像我这样的研究者专注于流体力学。 所有的研究者都会投资于将来整合的不同模式。

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