ஒரு பொருள் தட்டையாகும்போது எப்படிச் சுருக்கமடைகிறது என்பதைக் காட்டுதல்

சிகாகோவில் உள்ள இல்லினாய்ஸ் பல்கலைக்கழகம், சைராகுஸ் பல்கலைக்கழகம் மற்றும் பென்சில்வேனியா பல்கலைக்கழக ஆராய்ச்சியாளர்கள் குழு, ஒரு குறிப்பிட்ட பொருள் தட்டையான பிறகு எவ்வாறு சுருக்கங்கள் ஏற்படுகிறது என்பதைக் காண்பிப்பதற்கான வழிமுறையை உருவாக்கியுள்ளது. நேச்சர் இயற்பியல் இதழில் வெளியிடப்பட்ட அவர்களின் ஆய்வறிக்கையில், குழு சிறிய பிளாஸ்டிக் துண்டுகளை கொண்டு நடத்திய சோதனைகளை விவரிக்கிறது.

ஏறக்குறைய எந்தவொரு பொருளுக்கும் சுருக்க விதிகளைப் புரிந்துகொள்வது கடினம் என்று முந்தைய ஆராய்ச்சி காட்டுகிறது. அதில் ஒரு கைப்பிடியைப் பெறுவதற்கு பல மாறிகள் உள்ளன. இந்த புதிய முயற்சியில், கட்டுப்படுத்தக்கூடிய அமைப்பில் சுருக்கங்கள் ஏற்படுவதால், ஒரே பொருளில் சுருக்கம் எவ்வாறு செயல்படுகிறது என்பதைப் புரிந்துகொள்ள ஆராய்ச்சியாளர்கள் முயன்றனர்.

இல்லினாய்ஸ் சிகாகோ பல்கலைக்கழகத்தில் கணிதவியலாளரான இயன் தபாஸ்கோ செய்த பணியைத் தொடர்ந்து இந்தப் பணி மேற்கொள்ளப்பட்டது. ஒரு பொருள் சுருக்கமடையும் போது ஏற்படும் ஆற்றல் செலவுகளை மையமாகக் கொண்ட ஒரு கோட்பாட்டை அவர் உருவாக்கினார். அவரது கோட்பாடுகளை சோதிக்க, ஆராய்ச்சியாளர்கள் முதலில் தபாஸ்கோவின் கணித சூத்திரங்களால் விவரிக்கப்பட்ட வழிகளில் தூண்டுதலுக்கான பொருள் பதில்களின் உருவகப்படுத்துதல்களை உருவாக்கினர். இருப்பினும், உருவகப்படுத்தப்பட்ட சூழல் வேலை செய்யக்கூடியதாக இல்லை என்று அவர்கள் கண்டறிந்தனர், எனவே அவர்கள் நிஜ உலக சோதனை காட்சியை அமைத்தனர்.

அவர்கள் மெல்லிய, தட்டையான பிளாஸ்டிக் துண்டுகளை ஒரு வளைந்த கண்ணாடி மேற்பரப்பில் வைத்து பின்னர் அதை சுழற்றினர். வளைந்த கண்ணாடியின் வடிவத்தை எடுத்ததால் பிளாஸ்டிக் இன்னும் மெல்லியதாக மாறியது. பின்னர், அவர்கள் ஈரமான மேற்பரப்பில் வளைந்த பிளாஸ்டிக் துண்டுகளை வைத்து, நீர் பதற்றம் பிளாஸ்டிக் சுருக்கத்தை கட்டாயப்படுத்துவதைப் பார்த்தார்கள். உருவகப்படுத்துதல்களை நன்றாக மாற்றியமைக்க உருவாக்கப்பட்ட சுருக்கங்களிலிருந்து தரவைப் பயன்படுத்தினர். மேலும் அவ்வாறு செய்வது சுருக்கங்கள் எவ்வாறு தோன்றும் மற்றும் எவ்வாறு நடந்துகொள்கின்றன என்பதை விவரிக்கும் விதிகளின் தலைமுறைக்கு வழிவகுத்தது என்பதைக் கண்டறிந்தனர்.

எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு இணைப்பின் விளிம்புகளுக்குப் பதிலாக வரிசைகளில் உருவாகும் சுருக்கங்கள் பிளாஸ்டிக் துண்டின் வடிவத்தைப் பொறுத்தது என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் கண்டறிந்தனர். பிளாஸ்டிக் பகுதியைப் பல சிறிய துணைக்குழுக்களாகப் பிரித்தால், கொடுக்கப்பட்ட பிளாஸ்டிக் துண்டில் எங்கு சுருக்கங்கள் தோன்றும் என்பதை அவர்களால் கணிக்க முடிந்தது என்றும் அவர்கள் கண்டறிந்தனர். இத்தகைய நிலைமைகளின் கீழ், தோன்றும் மற்றும் சுருக்கத்திற்கு வழிவகுக்கும் சிற்றலைகளின் வகைகளை விவரிக்க தபாஸ்கோவின் கணக்கீடுகள் பயன்படுத்தப்படலாம் என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் கண்டறிந்தனர்.

References:

• Landis, C. M., Huang, R., & Hutchinson, J. W. (2022). Formation of surface wrinkles and creases in constrained dielectric elastomers subject to electromechanical loading. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 105023.
• Ku, J. S., & Demaine, E. D. (2016). Folding flat crease patterns with thick materials. Journal of Mechanisms and Robotics, 8(3), 031003.
• Xie, N., Smith, R. A., Mukhopadhyay, S., & Hallett, S. R. (2018). A numerical study on the influence of composite wrinkle defect geometry on compressive strength. Materials & Design, 140, 7-20.
• Giorgio, I., Harrison, P., Dell’Isola, F., Alsayednoor, J., & Turco, E. (2018). Wrinkling in engineering fabrics: a comparison between two different comprehensive modelling approaches. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 474(2216), 20180063.
• Jin, L., Takei, A., & Hutchinson, J. W. (2015). Mechanics of wrinkle/ridge transitions in thin film/substrate systems. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 81, 22-40.