Nyírási lokalizáció és rendeződés szemcsés anyagokban (munkabeszámoló) Szabó Balázs

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Nyírási lokalizáció és rendeződés szemcsés anyagokban (munkabeszámoló) Szabó Balázs"

Nikolett Budai
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 Nyírási lokalizáció és rendeződés szemcsés anyagokban (munkabeszámoló) Szabó Balázs fiatal kutató, MTA Wigner FK, SZFI Komplex Folyadékok Osztály, Részben Rendezett Rendszerek Csoport szeptember 27-től május 7-ig doktorandusz, ELTE TTK DI Fizika Program Témavezető: Börzsönyi Tamás

2 Nyírási lokalizáció és rendeződés szemcsés anyagokban Két kutatási irány: Nyírási lokalizáció rétegezett szemcsés anyagokban Elnyújtott alakú részecskék rendeződése nyírás hatására

3 Nyírási lokalizáció rétegzett szemcsés anyagokban

4 Nyírási lokalizáció szemcsés anyagokban felülnézet: (korund mákszemekkel)

5 Nyírási lokalizáció rétegzett anyagok esetén Elméleti jóslat: rétegzett rendszerekben zónatörés, optikai analógia (Fermat elv): erő Pds min. ds min. Optika: nds min. sin sin n1 sin n sin Tamás Unger, Phys. Rev. Lett. (2007) kis súrlódás nagy súrlódás

6 Kísérleti elrendezés színezett üveggyöngy korund üveggyöngy üveggyöngy Pds min. színezett korund korund

7 Törés Elhajlás színezett korund üveggyöngy színezett üveggyöngy korund korund színezett üveggyöngy üveggyöngy színezett korund

8 Törés Elhajlás

9 Törés Elhajlás nagy súrlódás high friction kis súrl. kis súrlódás nagy súrlódás low friction

10 Törés Elhajlás P ds min. P ds min. low friction high friction high friction low friction

11 Törés Elhajlás Kísérlet nagy súrlódás kis súrl. nagy súrlódás kis súrlódás Szimuláció nagy súrlódás kis súrl. nagy súrlódás kis súrlódás Szimulációk: Unger Tamás, BME (fluctuating narrow band model)

12 Teljesül-e az optikából ismert Snellius-Descartes törvény? sin sin corundum glass Becslés corundum glass értékére a rézsűszögek mérésével: corundum glass tanr tan corundum glass r tan 33.2 tan 21.9 o o 1.63 T. Börzsönyi, T. Unger, B. Szabó: Shear zone refraction and deflection in layered granular materials, Phys. Rev. E 80, (R) (2009) T. Börzsönyi, T. Unger, B. Szabó, S. Wegner, F. Angenstein and Ralf Stannarius: Reflection and exclusion of shear zones in inhomogeneous granular materials, Soft Matter 7, (2011)

13 További konfigurációk T. Börzsönyi, T. Unger, B. Szabó, S. Wegner, F. Angenstein and Ralf Stannarius: Reflection and exclusion of shear zones in inhomogeneous granular materials, Soft Matter 7, (2011)

14 Feltárás MRI Teljes visszaverődés határesete Szimuláció üveg korund üveg korund üveg korund y c H 2 2 1

15 Gondolatkísérlet kis súrlódás kis súrlódás kis súrlódás kis súrlódás nagy súrlódás nagy súrlódás nagy súrlódás nagy súrlódás Nyíráshoz szükséges erő Pds min. ds min. Fermat elv: nds min.

16 Zóna kiszorítása

17 Feltárás Szimuláció Zóna kiszorítása kis súrlódás kis súrlódás A zóna felhasadása Feltárás Szimuláció nagy súrl. nagy súrl. P ds min. y c W 2 korund korund üveg üveg

18 Feltárás Szimuláció Zóna kiszorítása kis súrlódás kis súrlódás nagy súrl. nagy súrl.

19 Összefoglalás (1. rész) Több különböző jelenséget találtunk (zóna törése, elhajlása, teljes visszaverődés, kiszorítás) Két független módszerrel méréseket végeztünk (feltárás, MRI), és összevetettük numerikus szimulációkkal. Teszteltük Snellius-Descartes törvényét szemcsés anyagokra. sin sin corundum glass T. Börzsönyi, T. Unger, B. Szabó, Phys. Rev. E 80, (R) (2009) T. Börzsönyi, T. Unger, B. Szabó, S. Wegner, F. Angenstein and Ralf Stannarius, Soft Matter 7, (2011)

20 Elnyújtott alakú részecskék folyása különböző méretskálákon fatörzsek a folyón mezőgazdaság baktériumok nanorudak nanohuzalok vírusok nematikus folyadékkristályok MBBA molekula

szisztematikusan csökken a rendezettség növekedésével.

21 Nematikus folyadékkristályok folyási orientációja Az orientációs szög egy anyagi paraméter, nem függ a nyírási rátától, de szisztematikusan csökken a rendezettség növekedésével. Az anyag viszkozitása jelentősen (~50%) csökken a folyási orientáció következtében.

22 Hengeres elrendezésű nyíró áramlás elnyújtott alakú részecskék Felvétel felülnézetből (rizs: L/d = 3.4) - rizs: L/d = 2.0, 3.4, üveg rudak: L/d = , - fa rudak: L/d = 2.0, 3.3, 5.0

23 Részecske detektálás Detektált részecskék szűrése méret (minimum, maximum), hosszúság/szélesség arány (min, max), ellipszis illesztés (rizs) vagy téglalap illesztés (rudak)

24 Átlagos orientáció iránya és a rendparaméter a nyírási ráta függvényében T ij 3 2N N n1 ( l ( n) i l ( n) j 1 ij ) 3 S = T legnagyobb sajátértéke egytengelyű eset: S 3 cos av a rendparaméter enyhén csökken a nyírási rátával nem függ a nyírási ráta értékétől

25 Átlagos orientáció iránya és a rendparaméter az L/d és S függvényében av csökken L/d növelésével

26 A stacionárius állapothoz tartozó szögeloszlást egy tranziens után érjük el üveg rudak, L/d=3.5 kezdeti tranziens stacionárius állapot

27 Mekkora erő (forgatónyomaték) szükséges a rendszer nyírásához? Hogyan változik a rendszer ellenállása (súrlódása) a tranziens alatt? M M stat e / T

28 Összefoglalás (2. rész) - 3 dimenziós felvételek alapján is - szimulációk alapján is

29 Publikációk: T. Börzsönyi, T. Unger, B. Szabó: Shear zone refraction and deflection in layered granular materials, Phys. Rev. E 80, (R) (2009) T. Börzsönyi, T. Unger, B. Szabó, S. Wegner, F. Angenstein and Ralf Stannarius: Reflection and exclusion of shear zones in inhomogeneous granular materials, Soft Matter 7, (2011) (IF:4.2) T. Börzsönyi, B. Szabó, G. Törös, S. Wegner, J. Török, E. Somfai, T. Bien, R. Stannarius: Orientational Order and Alignment of Elongated Particles Induced by Shear, Phys. Rev. Lett. 108, (2012) T. Börzsönyi, B. Szabó, S. Wegner, K. Harth, J. Török, E. Somfai, T. Bien, R. Stannarius: Shear-induced alignment and dynamics of elongated granular particles, Phys. Rev. E 86, (2012) Magyar nyelven: B. Szabó: Hogyan törik a szemcsés anyag, avagy egy különös analógia az optikával, Természet Világa 143, (2012) TIT-DOSZ Doktorandusz Cikkpályázat, Természet Világa kategória, II. díj Konferenciakiadványok: R. Stannarius, S. Wegner, B. Szabó, T. Börzsönyi: Shear alignment and orientational order of macroscopic rodlike grains, Powders and Grains Conference 2013 (elfogadva) Előadások nemzetközi konferenciákon: Jahrestagung der DPG und DPG Frühjahrstagung, 2011 március 13-18, Dresden, Németország NCLC Conference, november 21-23, Patiala, India Dynamics Days Europe, június 3-7, Madrid, Spanyolország (elfogadva) Előadások hazai konferenciákon: - Statisztikus Fizikai Nap, 2012 és OTKA-NSF Symposium, 2011

30 Akiket köszönet illet: Börzsönyi Tamás Somfai Ellák Török János Unger Tamás Ralf Stannarius, Sandra Wegner, Tomasz Bien, Frank Angenstein, Kirsten Harth Törös Gábor Részben Rendezett Rendszerek Csoport Wigner FK Anyagi támogatás: OTKA MÖB DAAD Terveim a fokozatszerzés előtt: további két cikk folyamatban német alapfokú nyelvvizsga PhD disszertáció beadása: 2013 vége Köszönöm a figyelmet!

Hasonló dokumentumok

Hogyan folyik a szemcsés anyag?

Hogyan folyik a szemcsés anyag? Börzsönyi Tamás MTA WIGNER FK SZFI, Komplex folyadékok osztály www.szfki.hu/~btamas Hogyan folyik a szemcsés anyag? - A szemcsés anyag reológiája - A terhelésnek kitett