Пластиковые кубики-фракталы, содержащие множество внутренних полостей разного масштаба, рассеивают ударную энергию в разы эффективнее, чем такие же цельные мишени.
Фрактальные кубы рассеивают ударную энергию тем эффективнее, чем более микроскопические структуры в них созданы / ©LANL
Реакция материала на удар во многом определяется его микроструктурой. Ученые из Лос-Аламосской национальной лаборатории (LANL) показали, что фрактальные структуры способны поглощать и рассеивать ударную энергию особенно эффективно. В будущем они могут стать основой нового поколения легкой брони, шлемов и другого защитного снаряжения.
При создании противоударных материалов часто используют способности внутренних полостей рассеивать энергию; пористые и ячеистые структуры применяют наравне со слоистыми. Авторы новой работы нашли способ реализовать такой подход сразу на нескольких уровнях: структуры, распечатанные ими с помощью 3D-принтера, имели форму фрактального куба, повторяясь на все уменьшающемся масштабе.
Статья Даны Даттельбаум (Dana Dattelbaum) и ее коллег из LANL готовится к публикации в журнале AIP Advances; коротко об их работе рассказывается в Los Alamos Reporter. Во время лабораторных тестов такие структуры испытывали воздействие снаряда, летевшего на скорости более 1000 км/ч, показав, что они способны рассеивать энергию удара впятеро лучше аналогичных кубов, но без полостей.
Кроме того, чем более микроскопического уровня достигали фрактальные структуры материала, тем эффективнее он себя демонстрировал. «Цель такой работы — в том, чтобы контролировать волновые процессы, создаваемые ударной волной», — говорит Даттельбаум. Поэтому теперь авторы планируют провести более точные расчеты оптимальной геометрии «фрактальной брони», а также найти методы, позволяющие распечатывать их с нужной аккуратностью.
