Открыта форма идеальной арки

Ученые из университета Уорика добились впечатляющих результатов: благодаря их усилиям мосты могут стать вечными!

Заслуженный профессор Ванда Льюис из школы инжиниринга использовала форм-файндинг на новом уровне.

Форм-файндинг позволяет проектировать твердые структуры с прочной естественной формой — структуры, поддерживаемые естественным сжатием или напряжением, без изгибаний, а ведь именно изгибы являются основными точками слабости в других структурах.

Так впервые могут появиться проекты мостов и зданий, которые без особых усилий будут выдерживать сочетание любых нагрузок.

Такие структуры будут отличаться повышенной безопасностью и долговечностью даже без дополнительного ремонта или реконструкции.

Природные формы профессор Льюис изучает на протяжении 25 лет: структуру дерева или листьев, покрытие раковины, а также то, как мыльная пленка может застыть между определенными границами. Во всех этих естественных объектах профессор отметила развитие простых моделей напряжения, которые помогают с легкостью противостоять приложенным к ним силам (например, так дерево сопротивляется порывам ветра).

Нагрузка — больше не проблема

Профессор Льюис разработала математические модели, отвечающие принципам природного дизайна и производящие простые модели напряжения в структурах. Принципы в основе математических моделей проиллюстрированы с помощью физических форм-файндинг экспериментов с использованием частиц ткани или звеньев цепи.

Ткань суспендируется и принимает наиболее естественную гравитационную форму с минимальным расходом энергии, затем эта форма замораживается в твердый объект и инвертируется. Профессор Льюис вычислила координаты этой формы с помощью компьютерного моделирования гравитационных сил, приложенных к структуре. Так вычисляется форма, которая легко противостоит нагрузке.

— Мы нередко строим структурно неэффективные сооружения, такие как сферические купола, заявила профессор Льюис. — Исторически установленная эффективная форма для построек — цепь и перевернутая парабола. Каждая и них без усилий берет лишь определенную нагрузку. Форм-файндинг в данном случае позволяет заполнить пробел в классической теории, предлагая новое математическое решение создания идеальной арки, подвергаемой нагрузке.

Результаты опубликованы в издании Proceedings of the Royal Society part A.

14.07.2016