Пятница, 08.11.2024, 16:41 | Приветствую Вас Гость | Подписка на новости сайта
Меню сайта

Темы
Чупакабра [787]
Снежный человек [1099]
Морские чудовища [1010]
Сухопутные твари [899]
Летающие монстры [246]
Подземные твари [60]
Динозавры,мегафауна [1524]
Теория [1221]
Акулы [266]
Бабочки [156]
Грибы [214]
Гусеницы [61]
Дельфины [173]
Ежи [37]
Жуки [115]
Зайцы [31]
Змеи [255]
Кальмары,осьминоги [193]
Киты [286]
Копытные [578]
Кораллы [154]
Кошачьи [807]
Крокодилы [113]
Крысы,мыши [355]
Летучие мыши [167]
Лягушки [202]
Медведи [343]
Медузы,моллюски [215]
Микроорганизмы [616]
Морские звезды [40]
Морские львы,тюлени [150]
Муравьи [250]
Мухи,комары [284]
Насекомые [393]
Обезьяны [652]
Пауки [320]
Пингвины [93]
Псовые [647]
Птицы [1139]
Пчелы [355]
Ракообразные [196]
Растения [623]
Рыбы [888]
Саранча,кузнечики [29]
Слоны [152]
Сурикаты,грызуны [307]
Тараканы [57]
Улитки [77]
Хамелеоны [18]
Черви [209]
Черепахи [131]
Ящерицы [189]

Интересное
Аномальные новости

Хроники природных катастроф

Календарь
«  Октябрь 2024  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
 123456
78910111213
14151617181920
21222324252627
28293031

Архив новостей

Реклама

Логотип сайта

Форма входа

Главная » 2024 » Октябрь » 12 » Узор крыльев стрекозы оказался прочнее архитектурных решений Древнего Рима

14:33
Узор крыльев стрекозы оказался прочнее архитектурных решений Древнего Рима

Исследователи из Сколтеха и их коллега из Гранадского университета (Испания) определили, какие способы укрепления куполов и сводов архитектурных построек справляются с задачей лучше других. Ученые сравнили, насколько хорошо выдерживают нагрузку конструкции с разными вариантами расположения ребер жесткости.

Проверка проводилась в форме натурных и вычислительных экспериментов, в которых укрепленную конструкцию нагружали сначала равномерно, потом асимметрично. На основании полученных результатов, исследователи предложили свою собственную схему расположения ребер жесткости, вдохновленную крыльями стрекоз, которая оказалась прочнее всех рассмотренных в работе традиционных и новаторских решений.

Исследование опубликовано в журнале Thin-Walled Structures. Ребра жесткости используются для укрепления сводов и куполов с античности. Они делают возможными более тонкие конструкции, выбор которых бывает продиктован как эстетическими, так и инженерными соображениями — это экономия материала, широкие пролеты без промежуточных опор, изящная геометрия конструкции и большие окна, как в готических соборах. Ребра жесткости можно увидеть не только в исторических постройках, но и на станциях метро, промышленных объектах.

Однако, если говорить о выборе самой схемы расположения ребер, обычно предпочтение отдается проверенной временем классике. Это кессонные потолки — квадратная сетка, как в римском Пантеоне. Или так называемые крестовые своды — как в традиционных православных храмах крестово-купольного типа и вдохновивших их византийских прообразах. Никакого сложного анализа для поиска более совершенных решений обычно не проводится.

«Мы решили проанализировать несколько вариантов расположения ребер и узнать, какие из них лучше противостоят вертикальной, а также асимметричной нагрузке, — рассказывает первый автор исследования, аспирант программы „Математика и механика“ Анастасия Москалева. — Для этого мы провели численное моделирование и физические эксперименты на изогнутых полимерных композитных оболочках, спроектированных в прошлогоднем исследовании. Их снабдили ребрами жесткости, расположенными пятью разными способами, при этом во всех случаях на ребра выделялось в два раза меньше материала, чем на саму оболочку».

Оболочки, с которыми работали исследователи, спроектированы ранее с применением метода оптимизации, называемого поиском форм: к конечной форме конструкции приходят логически через процесс, вдохновленный природой. Эксперименты в таком духе когда-то проводил Антонио Гауди: он наблюдал, как подвешенные модели деформируются под собственным весом, и использовал деформированные в обратную сторону формы в архитектуре. По сути, он добивался решения от самой гравитации, поэтому о таком подходе говорят, что «форма продиктована силой».

Изначально исследователи проанализировали пять схем расположения ребер, в числе которых две проверенные временем — кессонные потолки и крестовые своды — и две полученные алгоритмами топологической оптимизации (средняя колонка на иллюстрации). Один из этих «неклассических» вариантов получен оптимизацией толщины оболочки в каждой точке, то есть перераспределением материала туда, где он больше всего нужен. Другой образован так: две одинаковые оболочки помещаются одна на другую, и ребра создаются путем оптимизации нижней половины этой двойной структуры. Наконец, пятый, бионический дизайн получен подражанием панцирю черепахи, крыльям стрекозы и другим природным объектам, похожим по структуре на известную из геометрии «мозаику Вороного».

И натурные, и вычислительные эксперименты показали превосходство топологически оптимизированных решений над традиционными и мозаикой Вороного с точки зрения сопротивления вертикальной нагрузке. Но при рассмотрении случая асимметричной нагрузки, как если снег скопится на одной стороне крыши или большое количество людей будут переходить с места на место единой группой, расстановка сил в корне изменилась. Победителем оказался крестовый свод, на втором месте — топологическая оптимизация единым куском. Важная деталь: хотя кессонный потолок и мозаика Вороного здесь не показали превосходного результата, именно эти схемы расположения ребер меньше всего потеряли очков при переходе от симметричной к асимметричной нагрузке.

«Это подтолкнуло нас „скрестить“ мозаику Вороного с наиболее успешным вариантом топологической оптимизации из эксперимента с вертикальной нагрузкой в надежде взять лучшее и оттуда и оттуда, — поделилась Москалева. — Мы внимательно изучили структуру крыла стрекозы, которая напоминает, но не полностью повторяет мозаику Вороного. Оказалось, что ребра жесткости в крыле можно поделить на два типа: наиболее жесткие сопротивляются изгибающей нагрузке, а более тонкие обеспечивают общую структурную стабильность крыла. И мы решили, что сможем добиться того же в случае архитектурного свода».

Чтобы сгенерировать шестой, гибридный вариант расположения ребер, ученые сначала повторили топологическую оптимизацию всей оболочки целиком. Только на формирование этих «первичных ребер» израсходовали не весь доступный материал, а 70 процентов. Оставшиеся 30 процентов распределили параметрическим алгоритмом в соответствии с мозаикой Вороного.

Решение сработало так хорошо, что гибридная схема расположения ребер превзошла все остальные пять вариантов как в случае центральной осевой, так и в случае асимметричной нагрузки.

«В результате мы видим, что у топологической оптимизации есть большой потенциал в строительном проектировании. Но эти методы скорее используются в проектировании механических систем в автомобилестроении и самолетостроении, а в строительной инженерии — нет, — добавляет Москалева. — Да, оптимизированные формы сложны и на первых порах вызывают трудности в изготовлении. Зато если один раз оптимизировать составные части стандартного сооружения, такого как многоуровневая парковка, и поставить на поток их производство, в конечном итоге такое вложение окупится за счет экономии материала. Вдобавок к этому будет меньше рамок, ограничивающих архитекторов».

https://naked-science.ru/article/column/uzor-krylev-strekozy-okaz

Категория: Насекомые | Просмотров: 57 | Добавил: Sergo | Рейтинг: 0.0/0


Последние новости

Таинственные криптиды и чудовищные существа (19)

Бигфут прошел перед охотничьей камерой в Индиане (22)

Жирные кислоты обеспечили выживание растений в Арктике (13)

Зачем мыши хвост и как он связан с нейродегенеративными заболеваниями (15)

Как бактерии адаптируются к жизни в нефти (12)

Оглохшие самцы комаров потеряли интерес к сексу (14)

Загадка Конголезской Змеи (14)

Эколог нашла призрачную рыбу с десятками зубов (15)

Изучили морского червя с необычными сперматозоидами (11)

Средиземноморские нетопыри пролетели три километра с пластырем на глазах (44)

Что помогало ранним птерозаврам сохранять устойчивый полет (22)

Открыли новое кембрийское членистоногое с когтями около рта (27)

Рассчитали модель полета комара и комариную подъемную силу (23)

Обнаружены останки самой крупной в истории "птицы ужаса" (42)

Выявлен ген, кодирующий программу коллективного поведения рабочих пчел (19)

Истории об озерных монстрах и бигфуте в Швеции (97)

Калифорнийский музей снежного человека закрывается (62)

Предками домашних коров были четыре подвида диких туров (42)

Изменения климата и чужеродные виды могут ухудшить экосистему Черного моря (36)

У берегов Норвегии зафиксировали крупнейшее нападение трески на мойву (28)

Как тихоходки выдерживают гигантские дозы радиации (26)

Описали самого древнего головастика (47)

Седлоносная жаба из Бразилии стала второй по маленькости (28)

Что мешало появлению жизни на Земле и как это удалось преодолеть (34)

Таинственное чудовище из озера Лох-Морар (74)

Легенда о плотоядном растении Я-Те-Вео (61)

Самцы луканий направили агрессию на самок в отсутствие других самцов (18)

Мелкие самцы жуков-оленей с небольшими жвалами преуспели в хватании самок (21)

Обыкновенного ежа назвали близким к вымиранию (32)

Раскрыли эволюционные преимущества алкоголя в животном мире (30)

Древнейшие морские крокодилы не умели нырять подобно китам (26)

Долголетие "бессмертных" грызунов связали с подавлением работы "мусорной" ДНК (25)

Вулканические зимы вызвали массовое вымирание и открыли путь к процветанию динозавров (17)

Почему дети ткачиковых воробьев неодинаково помогают родителям (25)

Нашли огромную «рыбу-призрака», которую почти 20 лет считали вымершей (48)

Биологи объяснили причину появления божьих коровок в Москве (21)

Спрогнозировано вымирание лягушек из-за глобального потепления (21)

Австралийские мыши предпочли нектар сыру (17)

Раннеюрского птерозавра уличили в охоте на головоногих моллюсков (28)

Открыт новый таракан юрского периода (26)

Воображаемая компания поменяла крики цыплят (18)

Непоющие самки поучаствовали в вокальном обучении самцов (16)

Снежный человек умнее людей и может быстро бегать (77)

Почему у собак рельефные носы (36)

Переоткрыли редкую карповую рыбу из Меконга (38)

Палеонтологи проследили ископаемую летопись млекопитающих (26)

Проверили устойчивость шершней к алкоголю (27)

Кошки усвоили ассоциации между словами и объектами (37)

Водитель увидел желтоглазого йети на обочине дороги (75)

Как трилобиты приобрели форму тапочка (47)

Поиск


Популярное

Дикие люди Китая (34692)

Чупакабра напала на жителя Одесской области (23229)

Растения, питающиеся животными, издавна вселяли в сердца людей страх (22926)

Русские монстры: от древности до наших дней (21239)

Поведение хищников опровергает правила естественного отбора (16947)

Атлантическая треска может исчезнуть из-за роста кислотности океана (16584)

Загадочный Каспий. Морские монстры, НЛО, русалки (15829)

Морского червя приняли за инопланетянина (15675)

Откуда вынырнули русалки? (15459)

На дне Марианской впадины обитают чудовища (15276)

Славянская мифология. Сказочные существа. Часть 3 (14980)

В произведениях Говарда Лавкрафта действуют чудовища, живущие под землей (14775)

В Марианской впадине нашли загадочных существ и инопланетных гостей (14489)

Неведомое существо обитает в Приморье (14425)

Логово снежного человека обнаружено в США (13838)

В Риме гигантские сомы-мутанты пожирают птиц и крыс (13457)

Ровенский селянин поймал двух упитанных «чупакабр» (12280)

10 неожиданно опасных пород собак (12238)

Чупакабра добралась до Воронежской области (12215)

Монстры океанов (12104)

Морской змей в Черном море (11694)

Кракен - чудовище из морской бездны (11668)

Похороны настоящей… русалки (11491)

Крылья бабочки помогут создать антибликовое покрытие экранов (11441)

Распутывая ДНК бигфута (11259)

Обнаружено самое уродливое существо на планете (11254)

Страшное насекомое замечено в Индии (11125)

Рыба-мутант: что можно найти в водах Севана (11061)

Сказки - старшилки про Бабу-Ягу, Кощея Бессмертного и Змея Горыныча (11050)

Когда просыпаются русалки (11021)

Крысы умнее, чем Google (11008)

Львы дружески трутся друг о друга (10938)

В китайской гробнице нашли вымершее существо (10831)

Экологи просят защитить карадагское чудовище (10828)

Грибы-монстры - пришельцы из космоса (10741)

Мертвого загадочного зверя из США опознали (10678)

Монстры уходят на глубину (10623)

Кого боятся белые акулы (10552)

Хайгейтские вампиры (10344)

Морские дьяволы (10263)

Проект "Криптозоология" © 2010-2024 При использовании материалов с сайта активная ссылка на него обязательна

Яндекс.Метрика