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在一项试点研究中，北卡罗来纳州立大学和哈弗福德学院的研究人员使用了自然引起的声学振动或声波来监测颗粒状材料的状态。这种被动方法代表了一种探测无序或颗粒状材料而不会干扰它们的方法，并可以使研究人员预测这些材料的失败。
像我们下面的地面一样，颗粒状材料可能会因地震等自发事件而失败。但是很难探测或测量这些材料以预测故障。Haverford College物理学家和前NC国家博士后研究员TED BRZINSKI和NC国家物理学家Karen Daniels决定检查材料中发出的声波，以表征材料的不同振动模式。
振动模式是某物可以振荡或内部移动的方式。例如，一个小分子只能以几种方式振荡，但是较大的物体将具有更多的模式，这些模式都受到组件的位置和质量的影响。在无序或无定形的颗粒材料系统中，例如污垢或砾石，模式的数量迅速变得太大，无法直接预测或直接测量。
但是，每种模式都有与之相关的特定声学频率。Brzinski和Daniels的方法衡量了材料中主动振动模式的频率，使它们具有材料总体“健康”的声学快照。
为了测试他们的技术，他们创建了一个由8,000个圆形和椭圆聚合物珠组成的颗粒系统。他们记录了来自1,100多个粘纸事件的声学发射，这是当构造板在地震中相互滑动时发生的情况 - 并将与即将发生故障相关的声学信号中存在的频率分类。
Brzinski说：“较低的频率与'软盘'模式相关联，这意味着移动更多，而较高的频率与刚性或刚性模式相关。”“人们在模型系统中看到的是，随着您的软盘模式比预期的更多，您越接近失去刚性。当刚性损失时，就会发生滑动。我们的测试证实了这些模型系统的结果 - 当频率模式多于预期时，发生故障。”
“但这不仅是在听什么声音频率的存在；我们需要查看模式的比例。”丹尼尔斯说。“我们知道接近故障的材料具有许多低频模式。我们的方法计算某些类型的模式数量以预测故障。该技术的优点在于，您可以通过聆听来监视系统而不会受到任何干扰。该方法非常简单，它可能使我们预测无序材料的行为。”
该研究出现在物理评论信，并得到国家科学基金会（Grant DMR-12206808）和James S. McDonnell基金会的支持。Brzinski是这项工作的第一作者。
-Ceake-
给编辑的注释：该论文的摘要如下
“失败的声音：激发振动模式的被动声学测量”
doi：10.1103/physrevlett.120.218003
作者：Haverford College的Theodore Brzinski；北卡罗来纳州立大学卡伦·丹尼尔斯（Karen Daniels）
出版：物理评论信
抽象的：
颗粒材料可能会通过地震或脆性断裂等自发事件失败。但是，预测这类材料中失败的测量和分析模型虽然基本和实践兴趣却是难以捉摸的。已知材料，包括球体的数值包装，胶体玻璃和颗粒状材料，随着限制压力的降低而产生过量的低频振动模式。在这里，我们报告了有关剪切颗粒材料的实验，其中我们通过被动监测声学发射来监测激发模式的不断发展的密度。我们观察到激发模式与散装和局部可塑性一致的激发模式的分布的扩大，以及在散装失败之前和之后分布形状的进化。这些结果为材料的变化状态提供了一种新的解释，以进行粘滞失败的方法。
