La solidificación activada por el impacto de las suspensiones densas a través de frentes de bloqueo dinámicos

Área de la Ciencia:

• Física Física es la física de las cosas.
• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• La dinámica de fluidos es la dinámica de fluidos.

Sus antecedentes:

• Las suspensiones de partículas densas exhiben un engrosamiento por corte, comportándose como líquidos cuando son ligeramente perturbados, pero solidificándose bajo fuertes fuerzas.
• Los modelos existentes atribuyen el engrosamiento del cizallamiento a las interacciones hidrodinámicas o la dilatación granular, pero estas no explican completamente la generación de estrés normal extremo bajo el impacto.

Objetivo del estudio:

• Investigar los mecanismos físicos detrás de la extraordinaria resistencia al impacto de las suspensiones de partículas densas.
• Para desafiar la opinión prevaleciente de que el engrosamiento por cizallamiento explica únicamente el comportamiento de impacto de estos fluidos no newtonianos.

Principales métodos:

• Utilizó videografía de alta velocidad, detección de fuerza incorporada e imágenes de rayos X para capturar la dinámica del impacto.
• Estudió la desaceleración de una barra de metal que impactaba con una suspensión de harina de maíz en agua.
• Desarrolló un modelo cuantitativo para la solidificación dinámica y sus efectos en el comportamiento de la suspensión.

Principales resultados:

• Se demostró que el impacto genera un frente de solidificación, transformando la matriz de partículas en una región atascada.
• Se observó que esta solidificación dinámica conduce a una absorción de impulso excepcional, que supera con creces los límites observados en el cizallamiento o la extensión.
• Reprodujo cuantitativamente el comportamiento de impacto observado con un nuevo modelo.

Conclusiones:

• La notable resistencia al impacto de las suspensiones densas se debe principalmente a la solidificación dinámica generada por el impacto, no al engrosamiento por cizallamiento.
• Este fenómeno crea una región congestionada de rápido crecimiento, lo que permite una disipación de impulso significativa.
• Revisa la comprensión de la resistencia al impacto en las suspensiones de partículas densas, destacando un mecanismo de solidificación distinto.