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.

Техника киригами придает прочности ячеистым конструкциям / Фото Massachusetts Institute of Technology

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.

Конструкция выдержала значительное давление более 62 kH / Фото Massachusetts Institute of Technology

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.