برنامج دعوة PRIN - المرسوم الإداري رقم 104 الصادر في 2 فبراير 2022 (PRIN 2022)

TITOLO DEL PROGETTO: جهاز قائم على المواد الخارقة لتخفيف أمواج الجاذبية السطحية (META)

القطاع PE3_14 - الرمز 2022WKRYNL_002 - التدبير M4C2 – الاستثمار 1.1 «مشاريع البحث ذات الأهمية الوطنية (PRIN)»

رمز CUP: D53D23002420006

الميزانية: € 84.894

الباحث الرئيسي أو مسؤول وحدة البحث

وحدات البحث الأخرى أو الوحدات الفرعية المحتملة

الأستاذ ميغيل أونوراتو، جامعة تورينو (الباحث الرئيسي)

الأستاذ ميكيلي موسّا، بوليتكنيكو دي باري، نائب الباحث الرئيسي ومسؤول وحدة بوليبا

الدكتور باولو بيتسوتو، المجلس الوطني للبحوث، مسؤول وحدة المجلس الوطني للبحوث

وصف موجز للمشروع

يهدف مشروع PRIN 2022 «جهاز قائم على المواد الخارقة لتخفيف أمواج الجاذبية السطحية» إلى تطوير أجهزة مبتكرة للتحكم في حركة الأمواج وتخفيفها، استنادًا إلى مفاهيم المواد الخارقة المطبقة في الديناميكا المائية. وتقوم الفكرة على استخدام مصفوفات من عناصر عائمة مغمورة، تتألف من كرات مجوفة مثبتة في القاع بواسطة كابلات، وتتصرف كنظم متذبذبة. وتتفاعل هذه العناصر مع الأمواج الواردة، فتغيّر انتشارها عبر الانعكاس والنفاذ وتبديد الطاقة، بآليات مماثلة لتلك التي تعمل بها المواد الخارقة القائمة على الرنين الموضعي. وقد نُفّذ المشروع باتباع نهج تجريبي-عددي متكامل. وأُجريت الاختبارات في قناة أمواج طولها 45,20 m باستخدام كرات قطرها 7,2 cm، مع اختبار تشكيلات مختلفة للكثافة. وبالتوازي، نُفّذ نموذج عددي ثلاثي الأبعاد باستخدام طريقة SPH (DualSPHysics)، قادر على محاكاة الأسطح الحرة وتفاعلات الموائع والهياكل، مع تضمين الاضطراب (SPS) وأنظمة توليد الأمواج وامتصاصها (AWAS).

الغرض

يتمثل الهدف الرئيسي في إثبات إمكانية التحكم في انتشار الأمواج باستخدام أجهزة مستوحاة من المواد الخارقة، بما يحقق تخفيفًا فعالًا لطاقة الأمواج في تطبيقات الحماية الساحلية. ويتمثل أحد الجوانب المحورية في فهم الآليات الفيزيائية للتفاعل بين الأمواج والأنظمة المتذبذبة، ولا سيما الرنين والاقتران الديناميكي، وهما أساسيان لتعزيز الانعكاس والتبديد. كما يهدف المشروع إلى تحديد التشكيلات المثلى (الهندسة والكثافة وظروف الأمواج) وتطوير نماذج عددية موثوقة تدعمها مجموعات بيانات تجريبية عالية الدقة.

النتائج المتوقعة

كان من بين النتائج المتوقعة إثبات فعالية تشكيلات المواد الميتامتية في تعديل انتشار الأمواج والحد من طاقتها. وكان من المقرر تحديد ظروف التشغيل المثلى وإبراز ظواهر الرنين، وما يترتب عليها من زيادة الانعكاس. كما استهدف المشروع قياس معاملات الانعكاس والنفاذ وجمع مجموعات بيانات تجريبية مفصلة. أما من الناحية العددية، فكان الهدف التحقق من صلاحية نموذج ثلاثي الأبعاد قائم على طريقة SPH، قادر على محاكاة الأمواج وتفاعلات المائع مع البنية، وتوفير أدوات مفيدة لأغراض التصميم.

النتائج المحققة

نُفذت حملة تجريبية موسعة شملت تشكيلات مختلفة من المصفوفات وأمواجًا منتظمة (بارتفاعات 2–4 cm وترددات 0,6–2,0 Hz). وأظهرت النتائج أن التوهين يعتمد بدرجة كبيرة على التردد والتشكيلة، مع تسجيل ذروات للانعكاس قرب 1,1 Hz و1,6 Hz، مرتبطة بظواهر الرنين. وقد أتاحت القياسات (باستخدام مجسات مقاومة وأجهزة ADV) إعداد مجموعات بيانات عالية الدقة، تضمنت مقاطع رأسية للسرعة، وهي مفيدة للتحليل المفصل لمجالات الحركة. كما نجح نموذج SPH (بما يصل إلى نحو 22 مليون جسيم) في محاكاة السطح الحر والسرعة بدرجة جيدة من التوافق، مؤكدًا قدرته على محاكاة الظواهر المرصودة. وبوجه عام، أُثبت أن مصفوفات الكرات تعمل كمواد ميتامتية هيدروديناميكية فعالة، قادرة على الحد بدرجة كبيرة من طاقة الأمواج، وأن الرنين هو الآلية الأساسية في ذلك. وقد ثبتت متانة النهج المتكامل التجريبي–العددي وواعديته للتطبيقات المستقبلية في مجال الحماية الساحلية.

بعض الأوراق البحثية المنشورة بالفعل (وأخرى قيد النشر)

• De Padova, Diana, Barbato, Giuliana, Lapietra, Isabella, Lisco, Stefania Nunzia, Mastronuzzi, Giuseppe, Mercogliano, Paola, Mossa, Michele, Rizzo, Angela (قيد الطباعة). ما تحت السطح: كيف يؤدي تغير المناخ إلى تفاقم التعرية وأحمال الرواسب العالقة. EARTH SYSTEMS AND ENVIRONMENT, ISSN: 2509-9426, doi: 10.1007/s41748-025-00871-0

• Calvo, L., De Padova, D., Onorato, M. et al. نمذجة SPH لتوهين الأمواج بواسطة مصفوفة من الرنانات المغمورة وآلية توليد الدواماتEnviron Fluid Mech 25, 21 (2025). https://doi.org/10.1007/s10652-025-10034-4

• De Serio, Francesca، De Padova, Diana، Ben Meftah, Mouldi، Mossa, Michele (2025). إطار لتحليل البيانات الناتجة عن الرصد طويل الأمد في المناطق الساحلية المتأثرة بالأنشطة البشرية. JOURNAL OF ECOHYDRAULICS, vol. 10, p. 366-388, ISSN: 2470-5357, doi: 10.1080/24705357.2024.2428959

• Mossa, Michele، De Padova, Diana، Onorato, Miguel (2025). توهين الموجات الانفرادية بفعل النباتات الساحلية. JOURNAL OF FLUID MECHANICS, vol. 1002, A45, ISSN: 0022-1120, doi: 10.1017/jfm.2024.1185

• Mossa, Michele، De Padova, Diana (2025). التفاعل بين الأمواج والنباتات. SCIENTIFIC REPORTS, vol. 15, 6157, ISSN: 2045-2322, doi: 10.1038/s41598-025-89627-4

• De Padova, Diana، Ben Meftah, Mouldi، Mossa, Michele (2025). دراسة نظرية وعددية لتوهين الأمواج فوق قيعان بحرية مكسوة بالنباتات. EARTH SURFACE PROCESSES AND LANDFORMS, vol. 50, e70054, ISSN: 0197-9337, doi: 10.1002/esp.70054

• Mossa, Michele; Pezzutto, Paolo; Onorato, Miguel. اختبار الاستجابة ثنائية الأبعاد لجهاز قائم على مادة ميتامتية لتوهين أمواج الجاذبية السطحية - (2024). المؤتمر الدولي الثامن والثلاثون للهندسة الساحلية، روما، 8-14 سبتمبر 2024).

• de serio، mossa، de padova، ben meftah (2024). الأمواج المنكسرة في المنطقة الداخلية لتكسر الأمواج والاضطراب الشبيه باضطراب بورغرز. في: وقائع المؤتمر الدولي الثامن والثلاثين للهندسة الساحلية. روما، إيطاليا، 8– 14 سبتمبر 2024

• De Padova, Diana، Mossa, Michele (2020). الهيدروديناميكا للأمواج المنتظمة المتكسرة. In: Geophysics and Ocean Waves Studies. doi: 10.5772/intechopen.94449