Исследователи из Массачусетского технологического института напечатали на 3D-принтере и провели испытания на нагрузку бетонного моста длиной 2,3 метра, используя вычислительную модель, которая учитывает физические ограничения принтера непосредственно в процессе проектирования. Результаты оказались неожиданными: эффективность конструкции определяется не прочностью бетона, а возможностями современного оборудования для печати.
Команда из кафедры гражданского и экологического строительства Массачусетского технологического института разработала эту методику, чтобы устранить давний пробел в этой области. Инженеры используют топологическую оптимизацию для поиска наиболее прочной конструкции, использующей наименьшее количество материала, но эти математически идеальные конструкции не учитывают реальные возможности крупномасштабных бетонных принтеров — их толстые сопла, ограниченный радиус поворота и необходимость печати за одно непрерывное движение. Новый подход напрямую учитывает все три ограничения в математических расчетах, генерируя полностью пригодные для печати конструкции примерно за две минуты на ноутбуке. Когда команде потребовалось немного уменьшить размер моста в день печати, они повторно запустили оптимизацию и получили обновленную конструкцию через 5-10 минут.
На печать самого моста ушло около 30 минут, используя готовый раствор. Во время испытаний конструкция весом примерно 900 фунтов выдержала более 2000 фунтов бетонных блоков, распределенных по ее верхней части, без заметного изгиба, что очень точно соответствовало результатам моделирования команды. Но испытание показало, насколько избыточным был результат. «От нуля до 200 000 фунтов ваша конструкция полностью определяется ограничениями типа «могу ли я это построить или нет». А затем, после 200 000 фунтов, вы можете начать думать о физике», — сказал соавтор Хаджин Ким-Таковиак, научный сотрудник кафедры гражданского и экологического строительства Массачусетского технологического института.
В основе метода лежит оптимизация смешанных целочисленных переменных — математический подход, долгое время считавшийся слишком ресурсоемким с точки зрения вычислений и неприменимым на практике. «Если вернуться на пять-десять лет назад, то даже три года назад используемый нами решатель не мог решить эти задачи», — сказал соавтор Зейн Шеммер, аспирант кафедры гражданского строительства и электротехники. Поскольку метод находит глобальный оптимум, а не просто хорошее решение, исследователи также смогли точно количественно оценить, во сколько обходится материал каждое аппаратное ограничение. Самым важным фактором оказалась ширина профиля. В мосту использовался профиль шириной 4 сантиметра; по словам старшего автора Джозефины Карстенсен, профессора гражданского строительства имени Гилберта У. Уинслоу (1937), машина, способная укладывать профиль шириной 1 сантиметр, могла бы сократить расход материала на целых 76 процентов. «Я думала, что проблема будет заключаться в непрерывном пути, в том, что окажет наибольшее влияние», — сказала Карстенсен. «Но это оказалось не так. Проблема была в ширине профиля».
Мост построен полностью на сжатие, то есть на прочность бетона. Каждый элемент находится под действием силы сжатия, а не растяжения. Этот принцип проектирования наглядно проявился после испытаний: конструкция выдержала более 900 кг, не сдвинувшись с места, но когда рабочий приподнял один угол на несколько сантиметров, чтобы подложить под него что-нибудь, он тут же сломался. «Это оптимально в одном отношении, но определенно не оптимально во всех», — сказала Ким-Таковиак.
Следующий шаг команды — железобетон. «Мы знаем, что конструкция из чистого бетона не обязательно будет оптимальным вариантом, поэтому мы приближаемся к современным технологиям, а именно к железобетону», — сказала Ким-Таковиак, добавив, что разработка способа подачи арматуры в напечатанную бетонную конструкцию «оказывается сложной задачей». Работа финансировалась Национальным научным фондом и поддерживалась Центром передовых производственных технологий Массачусетского технологического института (MIT). Соавторами являются Питтипат Вонгситтикан, аспирант программы «Строительные технологии и архитектура» MIT, и Джексон Джуэтт, магистр инженерных наук (выпуск 2018 г.), доктор философии (выпуск 2025 г.).
Источник: news.mit.edu
Центр 3d печати и 3д сканирования Фидллер в Краснодаре — 3d сканирование, 3d печать, реверс инжиниринг, проекты для ферм 3d печати, обучение, проектирование для строительства. Теперь полный цикл «принцип одного окна». Более 10 лет успешной разработки в сфере аддитивных технологий.
По всем вопросам обращаться (круглосуточно):
телеграм — https://t.me/fidller (лучше max или звонить)
max — https://max.ru/u/f9LHodD0cOIGiBB1zqbYHFbw7XCslKRI5o6aikK4IGNDZtFio4aCgGJ1gUQ
почта — shope@fidller.com
вк — https://vk.com/3d_krd_123
группа в max https://max.ru/join/VFTRpp8v45PETzoL4RDGQi44sSjpSvRz5kDtyeyXiQE
Наши ресурсы:
все о кино тут — https://news.fidller.com
наш магазин — https://fidller.com
мы в телеграм — https://t.me/pechat3dkrd
теперь и max — https://max.ru/join/VFTRpp8v45PETzoL4RDGQi44sSjpSvRz5kDtyeyXiQE
группа 3д печати — https://vk.com/3d_krd_123
Спасибо!
Теперь редакторы в курсе.