工程師就使用幾何技巧來改善桁架和拱門等承重結(jié)構(gòu)的性能

可以阻止子彈或承受炸彈的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)板是斯溫伯恩工作團隊的目標。

自古以來，工程師就使用幾何技巧來改善桁架和拱門等承重結(jié)構(gòu)的性能?，F(xiàn)在，來自Swinburne工程學院的陸國興教授領(lǐng)導的團隊通過用日本折紙圖案靈感的超韌和輕鋁“三明治”結(jié)構(gòu)取代實心金屬面板，對這一古老科學進行了現(xiàn)代化改造。

典型的夾層板在兩個薄而堅固的外皮之間插入一個柔軟的半空心內(nèi)芯。將皮膚間隔開一小段距離使得面板比薄片更硬，同時顯著降低整體體積。

“航空航天工業(yè)使用夾層板，因為它們在減輕重量方面效果很好，”盧教授說。“但越來越多，我們在車輛和民用基礎設施中看到它們。”

盧教授和他的同事處于使用夾層結(jié)構(gòu)防止災難性事件的努力的最前沿 - 例如恐怖主義爆炸事件或飛機失事的影響。如果設計得最佳，這些面板的柔軟可壓碎芯可以有效地消散能量，而剛性外殼可以抵抗變形。該團隊使用高速攝像機來了解這些創(chuàng)新材料如何受到彈丸的彈道碰撞或爆炸產(chǎn)生的壓力波的影響。

最近，研究人員對鋁泡沫產(chǎn)生了有希望的結(jié)果，鋁泡沫是一種多孔金屬，比具有優(yōu)異能量吸收特性的傳統(tǒng)核心更堅韌。然而，泡沫鋁的閉孔結(jié)構(gòu)防止空氣和其他流體在爆炸沖擊期間自由移動，這以不同方式影響面板。

“除了機械要求，它們必須足夠強大，面板可能存在熱量或聲學問題，”盧教授說。“如果你能以正確的方式結(jié)合這些因素，那將是一個真正的優(yōu)勢。”

陸教授正著手開展一項為期四年的項目，通過設計具有特定幾何褶皺的型芯來制造一體式夾芯板。工程師發(fā)現(xiàn)紙質(zhì)折紙模型很容易適應“可展開”結(jié)構(gòu)，使用簡單的機械運動從緊湊型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為擴展結(jié)構(gòu)。在英國牛津大學的合作者鐘友的幫助下，陸教授的目標是使用變形折紙芯來改善防爆面板的能量耗散和流體運動。

該團隊的初步調(diào)查涉及Miura折紙，這是一種將平板折疊成類似山脈和山谷的山峰的方法。“我們可以通過僅調(diào)整幾何形狀來控制核心，并使空氣自由流動，”盧教授說。“如果我們證明它可以為相同的質(zhì)量提供更好的性能，那么它可能非常有用。”

如果成功，對于個人安全，建筑和航空的潛在應用將是重要的。