Ученые создали уникальный метаматериал для автомобилей,который адаптируется к силе удара без электроники. Материал поглощает на 300% больше энергии благодаря скручивающейся структуре.
Представьте материал, который способен подстраиваться под силу удара — становиться жестким при лобовом столкновении и более мягким при легких авариях.
Телеграм канал SEND NEWS сообщает, что это не фантастика и международная команда исследователей из Шотландии и Италии создала уникальный скручивающийся метаматериал, который может перевернуть представление о безопасности в автомобильной и аэрокосмической отраслях.Принцип работы: природа вместо электроники
Гениальность разработки в ее простоте. Материал не требует сложной электроники, гидравлики или датчиков для адаптации. Вместо этого используется механическое управление вращением. Когда на материал воздействует внешняя сила, его решетчатая структура преобразует сжатие в скручивание — подобно тому, как скручивается пружина, но с гораздо более сложной геометрией.
«Когда мы применяем сжатие, решетка гироида преобразует его в скручивание, и, изменяя граничные условия, мы можем настраивать характеристики поглощения энергии», — объясняет профессор Шанмугам Кумар из Инженерной школы Джеймса Уатта Университета Глазго.
Это означает, что один и тот же материал может по-разному реагировать на различные типы воздействий — от медленного деформирования до резких ударных нагрузок.
Производство и структура
Материал изготавливается из стали FE7131 методом аддитивного производства — технологии, более известной как 3D-печать.
Этот подход позволяет создавать сложные решетчатые структуры с точностью до микрона. Ключевой элемент — гироидная решетка с относительной плотностью 10%, которая обеспечивает оптимальное соотношение прочности и веса.Особенность производства — возможность контролировать геометрические imperfections (несовершенства), что обеспечивает предсказуемость поведения материала при реальных нагрузках. Для этого исследователи использовали микрокомпьютерные реконструкции напечатанных решеток, создавая точные цифровые двойники физических образцов.
Результаты испытаний: впечатляющая эффективность
Лабораторные испытания показали исключительные характеристики материала. При полном ограничении скручивания во время ударов материал демонстрировал максимальную жесткость и поглощал до 15,36 джоуля энергии на грамм веса. Для сравнения: традиционные материалы, используемые в автомобилестроении, обычно показывают результаты в 2-3 раза хуже.
Было протестировано три версии материала с различными граничными условиями, что подтвердило возможность тонкой настройки его характеристик под конкретные требования.
Преимущества перед традиционными решениями
Современные защитные материалы в транспортных средствах статичны — они разработаны для определенных сценариев столкновений и не могут адаптироваться к изменяющимся условиям. Новый метаматериал решает эту проблему, предлагая:
· Адаптивность без использования электроники
· Высокое энергопоглощение при минимальном весе
· Возможность точной настройки под различные типы ударов
· Многофункциональность — возможность использования для сбора энергии
Перспективы применения
Исследователи видят потенциал своего изобретения не только в автомобилестроении. Материал может найти применение в:
· Аэрокосмической технике, где важен каждый грамм веса
· Железнодорожном транспорте
· Оборонной промышленности
· Системах сбора энергии, преобразующих механические воздействия в полезную работу
Научная значимость
Разработка представляет собой не просто новый материал, а целый класс скручивающихся метаматериалов, механику которых описывает микрополярная упругость. Исследователи создали многомасштабную прогностическую структуру, объединяющую механику сплошной среды Коссера, конечно-элементное моделирование и экспериментальные данные.
«Отображение характеристик материала на диаграмме Эшби выделяет скручивающиеся метаматериалы как многообещающий класс механически адаптивных, ударостойких материалов для современных систем защиты», — отмечают авторы исследования.
Публикация в престижном журнале Advanced Materials подтверждает значимость этой работы для научного сообщества. Технология открывает путь к созданию нового поколения систем безопасности, способных эффективно защищать как при незначительных происшествиях, так и при серьезных авариях.
Свежие комментарии