5 примери на бионика во лесна конструкција - светот на лесна конструкција
Хартијата е лесна - но исто така и нестабилна. Структурата на саќе обезбедува поголема стабилност во гнездото на оса. (Извор: Пиксабеј)
Што всушност биониката може да придонесе за лесна конструкција? Да разгледаме неколку примери на бионички лесни градежни производи. Од ова можеме да научиме како се справија со предизвиците за развој на механички стабилни производи со мала тежина на компонентите од бионика перспектива. Seeе видиме кои функционални аналогии на крајот доведоа до оптимизација на тежината. Или кои бионички методи беа крунисани со успех во развојот на производот. Примерите ги најдов во Министерството за животна средина во Баден-Виртемберг, Центарот за ефикасност на ресурсите VDI и Биокон.
Горе: Хартијата е лесна - но исто така и нестабилна. Конструкцијата на саќе обезбедува поголема стабилност во гнездото на оса - бионички принцип што може да се најде во многу лесни градежни производи. (Извор: Пиксабеј)
1. Кутијата риба во автомобилскиот развој
Бионик автомобилот на Дајмлер од 2005 година е резултат на студија за степенот до кој биониката може да се користи во развојот на автомобилот. Во таканаречениот процес од горе надолу, стануваше збор за тоа како природните модели/функции можат да се имплементираат во технологијата за да се постигне целта за оптимизација - во овој случај автомобил со ресурси-ефикасност со низок коефициент на влечење. Биониците го најдоа она што го бараа во рибината риба: се движи низ своето живеалиште со малку потрошувачка на енергија, агилно е и неговото тело може да го издржи притисокот на водата до длабочина од 35 метри: рационално, агилно, стабилно Карактеристики како да се направени за автомобил.
Школката на рибината риба е особено интересна за лесна конструкција. Има едвај никаква тежина, мал волумен и е многу стабилен. Користен е методот СКО развиен од проф. Метхек во Центарот за истражување Карлсруе, така што телото на возилото може да биде тврдо и лесно. Телото беше оптимизирано врз основа на моделот на коската. Со помош на процесот на ЦАО - бионичка оптимизација според моделите на законите за растење на дрвјата (изрез стрес) - врвовите на стресот од предлогот за дизајн беа отстранети од процесот на СКО. Тежината на телото може да се намали за околу една третина.
Студијата и развојот на возилото е опишано во филм на Дајмлер (од мин. 1:45 па натаму, станува збор за лесна конструкција) и безброј публикации, дури и на Википедија. И дури и ако бионичкиот автомобил бил далеку пред своето време во тоа време, може да се претпостави дека некои од наодите од оваа студија се вметнати во постојните модели на производителот на автомобили.
2. Коскената обвивка од Фрајбург
Бионичката архитектура користи принципи на природата - вклучувајќи лесна конструкција. Ова создава нови форми на кои се гледа како на можност за градење наклонето кон луѓето и еколошки. А сепак тие се одамна познати - да, тие станаа симбол. Станува збор за Париската Ајфелова кула, чија конструкција слична на ребра е имплементација на наодите од основните биолошки истражувања за структурата на коските. Еден од помалку познатите примери на бионика.
Градежни инженери и архитекти работат со таканаречени „стресно-оптички експерименти“ и со помош на компјутерски симулации. Моделите се изложени на силни оптоварувања на истегнување и компресија. Механичката затегнатост го деформира материјалот и влијае на неговите својства.
Друг пример за ова е таванот на зоолошката предавална на Универзитетот во Фрајбург, кој беше изграден според овој принцип кон крајот на 1960-тите.
Конструкцијата на таванот со изостатски ребра е инспирирана од внатрешната структура на животинските коски. Армирано-бетонскиот таван на зградата на предавалната се состои од многу ребра, кои, како трабекулите, одат само по линиите на кои дејствуваат силите на затегнување и затегнување. Така, станува збор за бионичка градба, бидејќи архитектот го пренел знаењето од биолошките истражувања во техничка примена. Протокот на идеи од биологијата во технологијата е процес оддолу нагоре.
Тогаш одржливо како денес
Во 2014 година, истражувачите од Фрајбург ги испитаа членовите на Биокон, проф. Томас Спек, д-р. Олга Спек и Флоријан Антони од Групата за биомеханика на растенијата на Универзитетот во Фрајбург заедно со проф. Рајнер Грижаммер од Фрајбург -ko-Institut ја испита одржливоста на таванот на ротонда во споредба со лесните конструкции што се користат денес за градење тавани. Нивниот резултат: Таванската конструкција на предавалната од тогаш може да биде во чекор со моменталната состојба на уметноста. Тимот ги објави своите резултати во списанието „Биоинспирација и биомиметика“.
3. Дршката на техничката централа
Биолозите од Универзитетот во Фрајбург и инженерите од Институтот за текстилно и инженерство на процеси Денкендорф комбинираа различни градежни принципи на природата во нов технички производ: „дршката на техничката фабрика“. Модели за процесот од долу нагоре беа стебленца како што се бамбус или тубуларни стебленца, кои од механичка гледна точка се природни лесни конструкции. Компромис помеѓу леснотијата и стабилноста.
Техничкото стебло за кое се чека патент е композитен материјал од бионички влакна, кој и покрај малата тежина, има високо ниво на стабилност на виткање и откачување. Исто така може добро да ги амортизира вибрациите. Каблите или линиите за течност може да се постават во централниот централен канал или во дванаесетте функционални канали. Овој бионички лесен полупроизвод може да се користи во воздушната индустрија, како и во автомобилската конструкција или во областа на спортот и одмор.
4. Кои желки и пчели нè учат за лесна конструкција
Шестоаголни структури, како што се оние што се наоѓаат во саќе или како свод на структура на желка, имаат многу предности: Тие се стабилни со мала употреба на материјал (тежина!) И оптимално го користат достапниот простор. Материјали со тенки ledидови како метал, пластика, картон и хартија формираат позната како шестоаголна или октогонална сводна структура во цилиндар под притисок.
Принципот на само-зацврстувачки ефект на засводните конструкции врз тенок цилиндар е откриен во средината на 1970-тите години од проф. Франк Миртш.
Врз основа на овој модел, димензионално стабилни и флексибилни листови и фолии може да се произведат за многу апликации и од различни материјали. Во зависност од производот, можна е значителна заштеда на материјал од 30% и повеќе при лесна конструкција. Со структурирање на свод, алатките и чекорите на процесот можат дури да се зачуваат во споредба со процесите на втиснување или печат. Важна точка за ефикасноста на ресурсите.
Лесен производ базиран на овој бионички модел е, на пример, лесен катализатор Emitec - куќиште за катализатор за мотоцикли (види илустрација). 3Д-кровната конструкција на спортската сала во Одеса е исто така дизајнирана и изградена според овој пример. Многу други примери - не само во лесна конструкција - се на страната на компанијата Др. Mirtsch GmbH да се најде.
5. Калапи за лигите како пример за бионика во лесна конструкција
Мувлите калапи растат од централна точка во насока на достапни хранливи материи и на тој начин се шират како мрежа. Јазлите на оваа плетенка се поврзани едни со други со минимизиран број на нишки од лигите. Овој процес на биолошки раст резултираше со алгоритам кој овозможува стабилна лесна конструкција преку хиерархиски структурирани, природно израснати врски.
Овој бионички модел ја најде својата техничка функционална аналогија во конструкцијата на авиони: развиениот процес на биокомпјутација обезбедува голем број на предлози за дизајн што можат да се проценат и понатаму да се развиваат. Овој пример е за преграден wallид на кабината во Airbus A320 што е што е можно полесен и поефикасен за материјалот. Со цел да се направи партицијата уште полесна, материјалот исто така бил изграден во рамките на одделните потпори аналогни на растот на коските. Поделбениот wallид се произведува со 3Д печатење, употребениот материјал е алуминиумски прав со високи перформанси (Scalmalloy), кој може да се обработи преку производство на додатен слој (ALM).
Со иста јачина, тежината на преградата се намали за скоро половина (45%) со комбинирање на два бионички модели. Многу повеќе детали за проектот може да се најдат во референтната приказна за Аутодеск.
Овие пет примери на бионика во лесна конструкција покажуваат колку се различни приодите за решение за бионичката лесна конструкција. И тие покажуваат дека биониката за лесни градежни куќи е скоро неисцрпен базен на идеи што треба да се користат во понатамошната работа.
- Дали сметате дека предметот бионика и лесна конструкција е возбудлив? Кликнете тука за серијата написи Лесната конструкција исполнува ... бионика
Автор: Кристин Коблмилер, Уредник, основач, специјалист новинар со страст