【超輕的分形結構能承受重載荷】

明道

【超輕的分形結構能承受重載荷】

 

 

超輕的光線和規模

一隊在歐洲的研究人員已經表明，大型結構的密度可以大大減少，如果他們的設計採用了分形圖案。

研究人員已經制定出了一個最佳的“層次結構”，構建了目標材料的方法來計算，以便它可以承受一個給定的負載。

他們聲稱，使用這種技術可以幫助建立高效的承重結構，可用於太陽能帆，起重機或其他輕量級尚未強烈的構造。

分形是一個對象或結構是自相似的尺度上所有。

在自然界中見到，在所有尺度上分形圖案 - 一切類似於整個工廠從一個單一的蕨葉雲，雪花，血管和花椰菜顯示分形圖案。

一個特別的例子，啟發了這個最新的工作是骨小梁 - “海綿”被發現在人體關節附近的骨。

此骨的海綿狀的網絡，具有一個偽分形圖案的圖案，從而跨越幾個尺度幾乎是自相似的纖維。

這使得骨強，但輕，能夠提供必要的強度和剛度。

建立和重複

已經被應用在許多大尺度結構的體系結構來構建一個分層模式 - 重複使用相同的基本結構是在不同的尺度 - 。

艾菲爾鐵塔或大型起重機都是很好的例子，這樣的結構，但這樣的分形圖案應用於建築在一個相當 特設 的方式，根據研究人員。

現在，永懋大學，諾丁漢大學，英國和他的同事們已經開發出一種理論框架建築結構優化層次結構順序取決於它需要承受的負荷。

使用這種技術，該球隊構建這樣的結構 - 一個簡單的框架 - 由一種聚合物樹脂，使用“快速原型技術” - 這是一種先進的形式的三維打印。

毛澤東和他的同事們對於其結構的第一個元素，簡單地構建一個空心板梁，他們提到“一代0”元素。

的厚度和半徑的光束的不同的值，從而使被認為是最強的光束，用最少的材料量可建。

該光束的健壯性，通過沿其長度方向和沿其軸線方向施加載荷，然後進行測試，看它是否跨越任一失敗。

我們做這個分析的故障模式在每個地方的水平，這樣的結構是不是不必要的強在每個級別我們優化了哪些屬性是必要的，毛說。

他進一步解釋說，如果一個50公斤的表中空鋼腿平衡，這將是輕了約10倍，比一個實心鋼腿和一樣強勁。

 

 

代際變化

下一步驟中，或“代-1”的結構，是一個類似的光束更大範圍內的長度尺度。

它是由個別代-0束在一個三角形的框架（參見上圖，左）。

-2的結構的產生，然後由每個波束在生成1的結構與組裝成一個更大的三角形框架本身，所有的滿量程版本取代。

這可以重複一個層次 -  3代元素 - 計算表明，使用的層次，材料越少，需要支持一個給定的負載。

強結構

該小組設計了一些不同的結構。

結果發現，例如，起重機起重臂一代-1的結構。將輕於由固體鋼製成的100倍。

另一個更加稀奇的應用程序將使用該技術建造太陽帆的熱潮。

這些是，在未來，可以收穫太陽輻射的空間的大尺度結構。

如帆的理論設計 - 涉及繁榮，這將是近100米長，但只需要強大到足以抵禦太陽輻射壓力。

在這種情況下，鋼代-3結構將是比實心束輕的10,000倍。

3D打印

製造這種的缺點是不完善的地方，可能會導致嚴重的問題。

毛澤東解釋說，他說，即使是很小的缺陷在當地的規模可能有一個大的影響，因為沒有多餘的材料，可以採取增加的壓力，也許這就是為什麼一直沒有製造這種實際日期，團隊也正在研究模型，更好地讓這種錯誤。

但他堅信，商業技術將在未來一年改善，提供必要的精密工具。毛澤東也認為，近期商業化的三維打印技術製造這些結構能夠真正受益。

我們可以上傳不同設計一個程序，人們可以在家下載和打印結構，他說。

從理論上講，一個分形將涉及無限數量的代...但說，同類的複雜性，可以實現對未來的組裝越來越多的代馬里奧·卡斯特羅說，

從西班牙Comillas（西班牙）宗座大學，誰沒有參與配合工作。

這將是非常有趣的，如果他們已經找到了一種方法中，這些多尺度結構會通過自組織方式組裝，因為它發生在自然界，但我認為這項工作是非常有趣的。

這項工作發表在 “物理評論快報”。

作者簡介

Tushna糧食 是記者 physicsworld.com

 

引用：http://physicsworld.com/cws/article/news/2012/nov/27/ultralight-fractal-structures-could-bear-heavy-loads