Модели, напечатанные на 3D-принтере, дают более четкое представление о движении грунта

Кажется, что это гладкая плита из нержавеющей стали, но если присмотреться, вы увидите упрощенное поперечное сечение осадочного бассейна Лос-Анджелеса.


Исследователь из Калифорнийского технологического института Сунён Парк и ее коллеги печатают 3D-модели, такие как металлический прокси Лос-Анджелеса, чтобы обеспечить новую платформу для сейсмических экспериментов. Распечатав модель, которая воспроизводит край бассейна или подъем и падение топографического объекта, и направив на него ный свет, Парк может моделировать и записывать, как сейсмические волны могут проходить через реальную Землю.

В своей презентации на Ежегодном собрании Сейсмологического общества Америки (SSA) в 2021 году Пак объяснила, почему в некоторых случаях эти физические модели могут устранять некоторые недостатки численного моделирования движения грунта.

По словам Парк, мелкомасштабные сложные структуры в ландшафте могут усиливать и изменять движение грунта после землетрясения, но сейсмологам сложно моделировать эти воздействия. «Несмотря на то, что мы знаем, что эти факторы очень важны для сотрясения земли, эффекты топографии, ов и краев представляют собой сложную проблему для численного изучения».

Включение этих функций в моделирование движения грунта требует больших вычислительных мощностей, и может быть трудно проверить эти численные расчеты, добавила она.

Чтобы решить эти проблемы, Парк начал создавать 3D-модели простых топографических элементов и особенностей бассейнов, чтобы исследовать эти эффекты при сотрясении земли. Металл – ее предпочтительный материал для печати, «потому что он может быть таким же жестким, как условия в нижней части земной коры», – сказала она.

Управляя параметрами печати, Парк также может контролировать металла при его нанесении принтером, создавая материал с разными сейсмическими скоростями. В результате в случае с бассейном в Лос-Анджелесе, который она показала на собрании, получилась модель размером 20 на 4 сантиметра, которая представляет собой 50-километровое поперечное сечение бассейна.

В масштабе примерно 1: 250 000 для печатного пейзажа Парку нужно было уменьшить длины волн, которые она использовала для имитации сейсмических волн, и именно здесь на помощь приходит лазерная система источника и приемника. Лазерный выстрел в модель имитирует событие сейсмического источника, а лазерные доплеровские приемники улавливают возникающие в результате вибрации, когда сейсмические волны взаимодействуют с элементами модели.

Эксперименты с моделями привели к любопытным открытиям. Например, с мелким поперечным сечением бассейна Парк обнаружил, что некоторые высокочастотные волны не могут проходить через бассейн.