|
Вес самых мощных и крупных инженерных конструкций и сооружений - мостов, зданий, башен, платформ - можно уменьшить на порядки при той же прочности. Достаточно вспомнить о фракталах. Чтобы снизить вес конструкции, инженеры могут самым тщательным образом просчитать нагрузки и избавиться от лишних элементов, оставив лишь самые необходимые. Однако можно пойти по тому же пути с самого начала, проектируя сам материал таким образом, чтобы он не содержал ничего лишнего. С этой точки зрения достаточно взглянуть на наш организм.
У человека губчатая костная ткань образует скелет - весьма прочную и притом легкую конструкцию. Такой же подход предлагают использовать и ученые: иерархическая, фрактальная структура искусственного материала обещает те же впечатляющие преимущества. В архитектуре фракталы - давно не новость: так возведена, скажем, Эйфелева башня. Однако в последние годы стало технически возможным воплощение фрактальной структуры на микроуровне.
Дело оставалось лишь за хорошей теорией. Этой теорией занялись исследователи из Великобритании во главе с Юн Мао (Yong Mao), которые пришли к выводу, что использование таких материалов сулит огромные преимущества.
Математический аппарат позволил ученым теоретически рассмотреть фрактальную структуру из «ветвящихся» полых труб. Изменяя диаметр и толщину стенок, авторы пытались достичь максимальной прочности при минимальном расходе материала. Расчеты показали, что при сохранении той же прочности, что у цельного цилиндрического стержня, трубка может быть вдесятеро легче.
Расчеты были проведены для структур, включающих фрактальные ветви следующих уровней - и с тем же результатом. Например, авторы предсказывают, что если строительный кран будет сделан из «фрактального железа», его вес уменьшится в сотню раз, по сравнению с краном из цельного стержня (хотя краны уже сегодня представляют собой полые конструкции). При этом теория предсказывает, что с добавлением каждого нового уровня «ветвления» фрактала вес структуры будет падать, а способность выдерживать нагрузки - практически нет.
Особенно интересно применение новой теории в аэрокосмической и строительной индустрии.
| 