Text

Multiskalmetoder för simulering av mekaniska metamaterial

Detta projekt handlar om utveckling av effektiva metoder med flera skalor för simuleringar av mekaniska metamaterial. Metamaterial är konstruerade material med okonventionella fysiska egenskaper. såsom artificiell magnetism, frekvensbandgap och negativt brytningsindex. Det övergripande målet med detta förslag är att utforska (genom numeriska simuleringar och matematisk analys) olika möjligheter att utforma nästa generations metamaterial för att förhindra skador som uppstår i samband med markvibrationer, som härrör från jordbävningar eller dagliga transportmedel, t.ex. järnvägar, kan ha på byggnader.

Start

2022-01-01

Planerat avslut

2026-01-01

Huvudfinansiering

Projektansvarig vid MDU

No partial template found

Bakgrund

De senaste vetenskapliga framstegen inom ingenjörskap och naturvetenskap gör det möjligt för oss att omvandla flera fenomen, som tidigare betraktades som fantasi till verklighet. Vi har till exempel sett osynlighetskappor i olika filmer och science-fictionböcker från 1900-talet, och det verkade omöjligt att konstruera sådant material i verkligheten. Runt år 2000 gjorde fysikerna en otrolig upptäckt, vilket gjorde det möjligt att på allvar överväga möjligheten att göra ett objekt osynligt. Enligt denna upptäckt skulle det vara möjligt att sätta samman kopior av mikroskopiska metallstrukturer som tillsammans bildar ett så kallat metamaterial med egenskaper som inte finns i naturen. Dessa metamaterial kunde manipulera det synliga ljuset (som består av elektromagnetiska vågor) och göra objekt omgivna av dem till synes osynligt. Denna fantastiska upptäckt inom fysiken öppnade möjligheter för att generalisera begreppet osynlighet för andra typer av vågor som akustiska och seismiska vågor, och därmed manipulera ljud och markvibrationer.

Huvudsyftet med detta projekt är att utveckla avancerade beräkningsmetoder för att utforska möjligheter att utforma nästa generations seismiska metamaterial. Detta har stor praktisk betydelse. Räknat över hela världen inträffar varje ett par miljoner jordbävningar över hela världen, och ett tusental av dem har en magnitud större än 5.0 på Richterskalan. Även en mindre skada på känsliga byggnader som kärnkraftverk och oljeraffinaderier kan ha allvarliga konsekvenser. Dessutom orsakas markvibrationer inte bara av seismiska vågor som genereras av jordbävningar, och svagare vibrationer på grund av dagliga transportmedel som järnvägar och tunnelbanor kan ha en betydande inverkan på byggnaders strukturella integritet över tid. Framväxten av metamaterial revolutionerar de traditionella, dyra och riskfyllda metoderna för att minimera de negativa konsekvenserna av markvibrationer. Därför är utveckling av beräkningstekniker för datorsimulering av seismiska metamaterial av stort praktiskt intresse.

För att uppnå målet för detta projekt kommer vi att dra nytta av så kallade multiskaliga metoder, som är toppmoderna beräkningstekniker inom teknik och matematik. Efter lyckat genomförande av projektet kommer vi ha tillgång till beräkningsverktyg som kan även användas för att simulera seismiska metamaterial som gör ett helt stadsområde osynligt för markvibrationer. De föreslagna numeriska teknikerna kommer att vara avsevärt mer effektiva än nu tillgängliga metoder, och det kommer att möjliggöra utförande av storskaliga beräkningar på en enda dator.

Syfte

Detta projekt handlar om utveckling av effektiva metoder med flera skalor för simuleringar av mekaniska metamaterial. Metamaterial är konstruerade material med okonventionella fysiska egenskaper. såsom artificiell magnetism, frekvensbandgap och negativt brytningsindex. Det övergripande målet med detta förslag är att utforska (genom numeriska simuleringar och matematisk analys) olika möjligheter att utforma nästa generations metamaterial för att förhindra skador som uppstår i samband med markvibrationer, som härrör från jordbävningar eller dagliga transportmedel, t.ex. järnvägar, kan ha på byggnader.

Projektmål

Detta projekt handlar om utveckling av effektiva metoder med flera skalor för simuleringar av mekaniska metamaterial. Metamaterial är konstruerade material med okonventionella fysiska egenskaper. såsom artificiell magnetism, frekvensbandgap och negativt brytningsindex. Det övergripande målet med detta förslag är att utforska (genom numeriska simuleringar och matematisk analys) olika möjligheter att utforma nästa generations metamaterial för att förhindra skador som uppstår i samband med markvibrationer, som härrör från jordbävningar eller dagliga transportmedel, t.ex. järnvägar, kan ha på byggnader.

 

 

Till toppen