约翰·霍普金斯大学 该图像是来自单晶蓝宝石球体x光扫描的两组数据的组合
重建的x光计算机断层扫描数据定义了载荷框架中所有621个晶粒的表面
远场x光衍射数据提供了映射到每个晶粒中心的应变张量
这些数据的组合和着色显示了每个颗粒在载荷下的应力分布
该信息被用作超声波传输测量的初始条件，其中结构-性质关系被原位测量
学分:约翰·霍普金斯大学 应力波在粒状或颗粒状材料中的传播对于探测地震震级、定位油气储层、设计隔音材料和设计压制粉末的材料是很重要的
由约翰·霍普金斯大学机械工程教授领导的一组研究人员使用x光测量和分析表明，波传播中的速度标度和色散是基于粒子排列和它们之间的力链，而波强度的降低主要是由粒子排列单独引起的
这项研究发表在6月29日的《美国国家科学院院刊》上
约翰·霍普金斯大学惠廷工程学院的机械工程助理教授瑞安·赫尔利说:“我们的研究更好地理解了颗粒材料的精细结构与穿过颗粒材料传播的波的行为之间的关系。”
“这些知识对于滑坡和地震的地震信号研究、土木工程中土壤的无损评估以及材料科学中具有所需波动特性的材料制造都具有重要意义
" 赫尔利在劳伦斯利弗莫尔国家实验室做博士后时，与包括LLNL物理学家埃里克·赫布德在内的一个团队合作，构思了这项研究
实验和分析后来由赫尔利和怀汀学校的博士后崇普斋在赫尔利搬到JHU后进行，并得到实验协助和赫布德的继续讨论
颗粒材料的结构-性能关系由颗粒的排列和它们之间的力链决定
这些关系使得波阻尼材料和无损检测技术的设计成为可能
颗粒材料中的波传输已被广泛研究，并显示出独特的特征:幂律速度标度、色散和衰减(信号、电流或其他振荡幅度的减小)
追溯到20世纪50年代末的早期研究描述了波传播背后的物质可能发生的“什么”，但新的研究为“为什么”提供了证据
" 赫尔利说:“这项工作的新实验方面是利用原位x光测量，在超声波传输的同时测量过程中，获得整个颗粒材料的堆积结构、颗粒应力和颗粒间力。”
“这些测量是迄今为止研究颗粒材料中超声波、力和结构的保真度最高的数据集
" “这些实验，以及支持性的模拟，让我们能够揭示为什么颗粒材料中的波速会随着压力的变化而变化，并量化特定颗粒尺度的现象对宏观波动行为的影响，”翟说，他领导了数据分析工作，也是该论文的第一作者
该研究为随机堆积粒状材料中波传播的时域和频域特征提供了新的见解，揭示了控制这些系统中波的速度、色散和衰减的基本机制
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