Традиционные конструкции, как правило, создаются жесткими и существенные деформации в них могут возникать только при разрушении. Поэтому какое-либо изменение их формы является нежелательным или недопустимым. В противовес таким конструкциям сейчас начинают появляться так называемые конструкции изменяемой геометрии (morphing structures). Самое главное их отличие от традиционных конструкций в том, что возможность изменять форму (деформироваться) является их преимуществом.
Что же это за конструкции и где их можно встретить? На данный момент они еще не нашли широкого применения и существуют только как экспериментальные образцы или концептуальные модели. Активно ведутся исследования применения конструкций изменяемой геометрии в авиастроении, в архитектуре и даже в дизайне мебели. Подробнее о перспективах применения можно почитать в работе [1]. Какие же плюсы дает возможность деформироваться? И где можно встретить такие конструкции?
Возможность менять форму позволяет придать конструкции дополнительную функциональность. Чтобы лучше понимать, что же это за конструкции, давайте приведу несколько примеров.
Крыло самолета обеспечивает подъемную силу, но само по себе крыло не может обеспечивать нужную величину подъемной силы на всех режимах полета, тогда на помощь приходят различные устройства, которые устанавливаются на крыле. Для решения этой проблемы и для упрощения конструкции крыла ведутся исследования по созданию деформируемого крыла. Вот изображение одного из примеров, изготовленных немецкими учеными. Оригинальное исследование приведено в работе [2].
![Деформируемое крыло из научной работы [2]](https://avatars.dzeninfra.ru/get-zen_doc/3842094/pub_603b83672d4e6e7971e18242_603b884282fc21754d5997e6/scale_1200)
Такая конструкция позволяет изменять коэффициент подъемной силы и делает крыло более эффективным на низких скоростях полета. Это необходимо при взлете и посадке самолета.
В архитектуре ведется множество исследований по так называемым адаптивным фасадам, способным менять свою форму для регуляции микроклимата в помещении. Изменение формы отдельных частей фасада позволяет регулировать освещенность помещения, а также позволяет открывать или закрывать часть вентиляционных каналов для регулировки потока воздуха. На картинке изображен элемент жалюзи, который при деформации открывается:
Еще один очень интересный вариант системы затенения помещения описан в работе [4].
Фасады на окнах состоят из множества биметаллических пластин, которые при нагреве солнцем деформируются. Получается конструкция, которая в жаркие солнечные дни сама затеняет помещение. Участие человека или применение автоматики не требуется вообще.
Вернемся немного к авиационной тематике. Здесь описана концепция кресел для самолета, способных подстраиваться под пассажиров разного роста и комплекции.
В креслах настраивается глубина и вылет сидения, вылет подголовника. Настройка производится с помощью деформации упругих элементов.
Надеюсь, после прочтения этой небольшой заметки у вас сложилось представление о том, что такое конструкции изменяемой геометрии. На этом пока все.
Источники:
1. Vasista S ., Mierheim O ., Kintscher M . Morphing Structures , Applications of // In: Altenbach H., Öchsner A. (eds) Encyclopedia of Continuum Mechanics. Springer, Berlin, Heidelberg2019.
2. Rudenko A., Hannig A., Monner H. P., Horst, P. Extremely deformable morphing leading edge: Optimization, design and structural testing. // Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 2017, V.29(5), p.764–773.
3. Lienhard J., Schleicher S., Poppinga S., Masselter T., Milwich M., Speck T., Knippers J. Flectofin: a hingeless flapping mechanism inspired by nature. // Bioinspiration & Biomimetics, 2011, V.6(4).
4. Sung, D. Smart Geometries for Smart Materials: Taming Thermobimetals to Behave. // Journal of Architectural Education, 2016, V.70(1), p.96–106.
5. www.theverge.com/2013/11/13/5096636/morph-airplane-seating-concept-seymourpowell