Инновационная техника киригами позволяет создавать сверхпрочные и легкие конструкции

Уникальные характеристики ячеистых материалов, таких как содержащиеся в костях, издавна очаровывали ученых благодаря их способности сохранять прочность, оставаясь при этом легкими. Опираясь на этот принцип, команда специалистов из Массачусетского технологического института успешно применила подобный подход к созданию искусственных материалов с поразительными результатами.

Читайте на сайте Ученые поймали свет внутри магнита, чем усилили свойства материала

Манипулируя геометрией ячеек в структуре инженерам удалось тонко настроить ее механические, тепловые и акустические свойства. Этот прорыв открывает многообещающие возможности применения в таких отраслях как самолетостроение и автомобилестроение, а также в космонавтике.

Большая проблема

Традиционные сетчатые инженерные конструкции, часто встречающиеся в композитных многослойных материалах, играют ключевую роль в распределении нагрузок. К примеру, в крыльях самолетов используются перекрестные диагональные балки, которые образуют ячейки под внешней оболочкой. Хотя такая конструкция достигает желаемого баланса прочности и веса, структуры, состоящие из пластинчатых ячеек, предлагают еще большую прочность. Однако сложная форма этих пластинчатых ячеек создает трудности в производстве, особенно для больших объектов.

Сверхпрочные структуры вдохновлены древней техникой

Инженеры Массачусетского технологического института гениально обошли эту проблему, применив киригами – традиционную японскую технику, которая предполагает создание трехмерных объектов с помощью точной резки бумаги. Чтобы закрепить сотообразные конструкции на верхнем и нижнем слоях сэндвич-панели, инженеры адаптировали технику сборки бумаги, разработав простой метод крепления пластин с помощью болтов или заклепок.

В течение всего процесса проектирования и производства инженерам удалось контролировать ключевые механические свойства, такие как жесткость, прочность и модуль упругости. Эти свойства вместе с трехмерной формой закодированы в карточке гибки краев, которая используется при изготовлении подобных объектов.

Эффективность этого метода была доказана при создании алюминиевых конструкций, продемонстрировавших удивительную прочность на сжатие свыше 62 кН на квадратный метр, и все это при весе всего 90 кг. Такая заметная прочность позволила материалу выдержать втрое большую нагрузку, чем обычный гофрированный алюминий.

Смотрите также Китайские военные утверждают, что разработали неперегревающееся уникальное лазерное оружие

Почему это важный прорыв

Эта революционная технология имеет далеко идущие последствия. Она открывает путь к производству широкого спектра материалов, включая сталь и композитные материалы, которые будут пользоваться немалым спросом в аэрокосмической и автомобильной отраслях. В перспективе инженеры преследуют цель разработать доступные инструменты CAD-проектирования, чтобы упростить сложный процесс моделирования таких конструкций.