Фракталы образуют сверхпрочный материал

Фракталы образуют сверхпрочный материал

Сейчас для постройки высотных строений мы используем металлической каркас, что снабжает конструкции устойчивость.

Вместе с тем такую модель во многих случаях возможно назвать непрактичной: вес строения очень сильно возрастает, да и затраты большие. Эксперты из Университета Ноттингема в Англии создали революционную разработку с применением 3D-печати, которая разрешает свести расход металла к минимуму, расширить прочность сверх-облегчённого каркаса в 10 000 раз!

Несколько учёных во главе с Йонгом Мао (Yong Mao) поняла, что для стройматериалов нового поколения смогут быть использованы фрактальные структуры. Причём оптимальный иерархический порядок структуры будет изменяться в зависимости от нагрузки и предполагаемых функций. Инновационный процесс предполагает репликацию фракталов в форме тетраэдра.

Форма пирамиды с однообразными треугольными гранями была выбрана не просто так: просчет многоугольников с громадным числом углов есть значительно более сложной задачей.

Отметим, что фрактал – это фигура , владеющая свойством самоподобия (имеет несколько частей, любая из которых подобна всей фигуре полностью). Такие структуры лежат в базе живой и неживой природы: в кровеносных сосудах и листьях папоротника, в раковинах и снежинках моллюсков, в структуре и руслах рек галактических скоплений. Ещё одним хорошим примером может служить широко узнаваемая Эйфелева башня — часть её конструкции создана по принципу фрактала.

Применяя 3D-принтер, учёные воссоздали экспериментальную структуру из полимерной смолы — несложную полую балку, которую назвали «элементом нулевого поколения». Теоретически для резины должны наблюдаться те же закономерности, что и для стали – исходя из этого эксперты погрузились в процесс тестирования разработки. Как выяснилось, «фрактальная» балка не весьма надёжна по части высокой нагрузки, — так что учёные, применяя сложное ПО, принялись разбирать недочёты фрактальной структуры и вносить поправки. «второе» и «Первое поколение» всё ещё демонстрировали кое-какие недочёты, но форма «третьего поколения» появилась в 10 000 раз прочнее стали!

В соответствии с размещённому в издании «Physical Review Letters» отчёту англичан, фракталоподобные несущие конструкции смогут выдерживать ту же нагрузку, что и простые — но при радикально меньшем весе. Эта разработка может применяеться как в строительных работах небоскрёбов, авиации и автомобилестроении, так и в изготовлении мебели или других предметов быта.

Открытие открывает перед нами множество возможностей, но содержит и опасность: как прочна верно вычисленная конструкция, так же она и уязвима при маленькой неточности в проектировании либо при изготовлении. Это указывает, что в случае если в большой структуре окажется небольшой недостаток, вся конструкция рискует разрушиться, тогда как при применении менее экономных разработок самый нехороший сценарий – всего лишь локальная поломка, которую возможно ликвидировать.

Вследствие этого применение фрактальных структур до тех пор пока что требует строжайшего контроля качества, и на сегодняшнем этапе разработку не целесообразно обширно внедрять в производство. Но исследователи трудятся над улучшением качества и уверенны, что в течение следующего года им удастся создать коммерческие способы оценки фракталов, конечно дать строителям гарантии на собственную разработку. В будущем продвинутая версия 3D-печати разрешит всем желающим создавать подобные структуры, легко скачав нужный макет.

Фракталы и их свойства (рассказывает математик Инесе Буле)


Темы которые будут Вам интересны:

Читайте также: