Немного мудрости строительства мостов, относящейся ко времени голландского эрудита 17-го века Христиана Гюйгенса, нуждается в переосмыслении, сообщает о бригаде структурных инженеров. Лидерство следующего Гюйгенса, инженеры предположили, что лучший дизайн для висячего моста полагается на простые кабели, висящие между башнями в изящной кривой.
Более сложный дизайн использует меньше материала и поэтому более эффективен, согласно новой работе. Но это вряд ли появится на дорогах, указывают другие эксперты.В 1669 Гюйгенс размышлял о вывешивании кабеля между двумя поддержками для поддержания веса, который был намного более тяжелым, чем сам кабель и был равномерно распределен между поддержками. Это – по существу договоренность в висячих мостах как мост Золотые Ворота в Сан-Франциско, Калифорния, в которой тяжелое шоссе приостановлено тонкими вешалками от двух главных кабелей, простирающихся между двумя башнями.
Гюйгенс вывел, что кабель примет форму параболы, U-образной кривой. С тех пор инженеры предположили, что договоренность является самой эффективной, потому что она использует наименьшее количество суммы материала для поддержки данного груза, говорит Мэтью Гильберт, структурный инженер в университете Шеффилда в Соединенном Королевстве.
В 1980-х инженеры доказали случай – по крайней мере, в идеализированной ситуации, в которой вес кабелей и вешалок незначителен по сравнению с шоссе.Но это не целая история, говорят Гильберт и коллеги. Более раннее вычисление также предполагает, что кабели могут противостоять напряженности, но не сжатию. Простой кабель формы параболы не является лучшим дизайном в более реалистической ситуации, включающей обе силы, исследователи спорят в проблеме этого месяца Структурной и Мультидисциплинарной Оптимизации.
Используя числовую программу оптимизации это развилось, бригада показала, что в этом случае возможно уменьшить сумму материала, требуемого для кабеля путем замены хвостов сложной сетью маленьких связок, названных чистым Hencky (см. иллюстрацию). То, сколько из кабеля должно быть заменено, зависит от того, сколько сжатия материал может взять. Если это может противостоять такому же сжатия как напряженность, то более сложная геометрия может уменьшить сумму материала, необходимого для моста 0,3%.Исследователи ожидали, что простой параболический кабель будет оптимальной формой, даже если сжатие было позволено, и они пытались воспроизвести тот ответ как испытание их программного обеспечения, говорит Гильберт.
Но программа продолжила выкладывать более сложную структуру. «Мы пытались решить, где мы пошли не так, как надо, и это закончилось, которым единственный выбор состоял в том, что текущая мудрость была неправильной».Не удивительно, что простой параболический кабель не является лучшим раствором в более реалистической ситуации, говорит Томаш Левинский, структурный инженер в Варшавском технологическом университете. «При изменении проблемы Вы получаете различный раствор», говорит он.
Левински говорит, что новая структура не могла бы быть то, что трудно для создания поскольку что-то как Hencky чистый могло быть вылеплено из наступающих композиционных материалов.Но не имело бы большого экономического смысла строить такой сложный мост для экономии такого небольшого материала, говорит Джордж Розвэни, структурный инженер в Будапештском Технологическом университете и Экономике. «Не было бы никаких сбережений вообще, потому что эти сложные структуры являются чрезвычайно дорогими для производства», говорит он.
Однако, он говорит, новая работа является хорошим примером так называемой структурной оптимизации топологии, уже позволившей инженерам уменьшить вес новых авиалайнеров максимум на 20%.