Impact-Activated Solidification of Cornstarch and Water Suspensions

این پایان نامه از دیدگاهی جدید به مقاومت ضربه در تعلیق های متراکم می پردازد. معروف‌ترین نمونه از تعلیق‌های متراکم، مخلوطی از نشاسته ذرت و آب، مقاومت کافی در برابر ضربه را ایجاد می‌کند تا به فرد اجازه دهد تا از سطح آن عبور کند. در گذشته، این پدیده با "ضخیم شدن برشی" تحت یک حالت برشی ثابت مرتبط به برهمکنش های هیدرودینامیکی یا اتساع دانه ای مرتبط بود. با این حال، هیچ یک از توضیح ها مقیاس های استرس مورد نیاز برای دویدن روی سطح را در نظر نمی گیرند.

از طریق این تحقیق مشخص شد که مقاومت در برابر ضربه ناشی از فشرده سازی موضعی ماتریس ذرات است. این فشردگی سوسپانسیون را در سراسر انتقال پارازیت مجبور می کند و یک توده جامد به سرعت در حال رشد را رسوب می دهد. این جامد در حال رشد، در نتیجه، انرژی ضربه را جذب می کند. این اولین مشاهده از چنین جبهه گیر است، که دینامیک تعلیق غیرخطی را به روشی جدید به انتقال فاز پارگی که از مواد دانه‌ای خشک شناخته شده است، مرتبط می‌کند.

This thesis approaches impact resistance in dense suspensions from a new perspective. The most well-known example of dense suspensions, a mixture of cornstarch and water, provides enough impact resistance to allow a person to run across its surface. In the past, this phenomenon had been linked to "shear thickening" under a steady shear state attributed to hydrodynamic interactions or granular dilation. However, neither explanation accounted for the stress scales required for a person to run on the surface.

Through this research, it was discovered that the impact resistance is due to local compression of the particle matrix. This compression forces the suspension across the jamming transition and precipitates a rapidly growing solid mass. This growing solid, as a result, absorbs the impact energy. This is the first observation of such jamming front, linking nonlinear suspension dynamics in a new way to the jamming phase transition known from dry granular materials.