Çiğ bambu çubuklarını, sadece 30 gram ağırlığındaken 700 kg'ı destekleyen ve% 100 biyo bazlı malzemelerle yapan yüksek performanslı bir yapısal metastrapıya nasıl dönüştürürsünüz?
Alanda başlar (bambu doğal hiyerarşisi ile güç / ağırlık oranı ve karbon sekestrasyonu için evrim ile optimize edilmiş bir bitki) ve sürdürülebilir polimerlerden ve bambu çubuklardan tasarlanmış modüler kafesli bir hücre ile laboratuvarda sona erer. Bu hikaye bu yolculukla ilgilidir: malzeme bilimi, geometri ve çevresel yönetim nasıl yeni bir şeyler inşa etmek için nasıl bir araya geldi.
Araştırmamız bir Tamamen Biyo Tabanlı Kompozit Metastructurebirleştirme bambu çubuklar ile Soya fasulyesi ve hint yağlarından türetilen polimerik eklemler. Ortaya çıkan kübik birim (tarafta sadece 50 mm) sergilemek için tasarlanmıştır kiral dönüş Sıkıştırma altında, hafif, sert ve modüler kalırken enerjiyi emer. Birden fazla hücre içine monte edilir kafes kirişler ve sandviç kirişlersivilden havacılık uygulamalarına kadar değişen ölçeklenebilir yapılar oluşturma.
🌿 Bambu bitkisinden yapısal bileşene kadar
Önceki bir çalışmada (RJS ve ark., 2025), biz Mekanik olarak karakterize edilmiş çubuklar dev bambuun proksimal kesiminden çıkarıldı (Dendrocalamus asper)çubuk üretimi için en uygun culmların belirlenmesi. Bu çalışma, prizmatik bambu segmentlerinden çizilen silindirik çubukları kullanan mevcut tasarımımızın temelini attı.
Her modüler hücre aşağıdakilerden oluşur:
- 12 ana bambu çubuk (6 mm çap) Küp kenarları oluşan
- 6 yardımcı çubuk (4 mm çap) Yüz çaplı oluşan
- Polimerik derzlersoya reçinesinde basılmış ve ankraj için hint yağı türevi poliüretan ile doldurulmuş dış kabuklarla
Bu konfigürasyon, optimal yük aktarımı ve minimal fazlalık için tasarlandı. Ve açılı diyagonaller nedeniyle, tüm hücre Sıkıştırma altında dönersergilemek kiral davranışı ve Kresling origami yapılarına benzer enerji emilimi.
Sadece ~ 30 g ağırlığında olmasına rağmen, her hücre 700 kg sıkıştırma yükündesadece ~ 2 mm yer değiştirme ve ~ 4 ° dönme ile. Yapı kuvvet-yer değiştirme eğimi Elastik rejimde ~ 4.200 N/mm'ye ulaşır. Mekanik test, mukavemet, sertlik ve esneklikte mükemmel performans ortaya çıkarırken, sonlu eleman analizi bu davranışları ve simüle edilmiş burulma yanıtı (bükülme derecesi başına ~ 7,300 n · mm) doğruladı.
🧱 Ölçeklendirme: kafes kirişler ve sandviç yapıları
Seri olarak birden fazla hücreyi bağlayarak:
- A kafesli kiriş Denge için aynalı hücrelerden oluşan (400 mm)
- A sandviç kiriş kafesli çekirdeğe bağlanmış balsa ahşap derileri kullanılarak
Her konfigürasyon dört noktalı bükülme altında test edildi. Makasık kiriş ~ 103 kN · mm bükülme momentiyle ~ 2.000 N yük kapasitesine ulaştı; Sandviç ışını ~ 3.600 N ve ~ 188 kN · mm'ye çarparak, daha iyi stres dağılımından dolayı gelişmiş tokluk ve enerji emilimi gösterir. Sonlu eleman modelleri, elastik deformasyon, stres dağılımları ve konsol bükülmesini simüle etmek için üretilmiştir.
🛰ood buradan nereye gidiyor
Bu araştırma ileriye doğru bir adımdır Sürdürülebilir kompozit yapıların tasarlanması Sivil inşaat, havacılık ve hatta modüler drone uygulamaları için. Makaslı kiriş ölçeklenebilir ve metasapı hücresi alternatif malzemeler, geometriler ve mekanik yanıtlarla uyarlanabilir.
Verimliliği artırmak ve maliyeti azaltmak için titreşim iletilebilirliği, ölçek etkileri, alternatif cilt malzemeleri ve otomatik imalat tekniklerini keşfederek bu yolculuğa devam ediyoruz. Tamamen yenilenebilir bileşenlerden güçlü, hafif yapılar inşa etme yeteneği sadece teknik bir başarı değildir; Felsefi bir felsefe.
Hakkında Doğanın merceğinden mühendisliği yeniden düşünmekgeometri ve malzeme tasarımını birlikte optimize etmek ve sürdürülebilirliği kavramdan final montajına onurlandırmak.
Bir yanıt yazın