Çift Sarmallı Dizaynın Çatlak Yayılımına Karşı Etkileri
Doğadan ilham alan araştırmacılar, mimari tasarımları ve malzeme yerleşimini hassas bir şekilde kontrol eden endüstriyel robotları birleştirerek, beton bileşenlerinde çatlama direncini artırdılar.
Nature Communications dergisinde yayımlanan bir makalede, tasarımlarının geleneksel dökme betona kıyasla çatlamaya karşı direnci %63 oranında artırdığı açıklandı. Araştırmacılar, antik koelakan balığının pullarını oluşturan çift sarmallı yapıdan ilham aldı. Doğa, malzeme özelliklerini artırmak için zeki bir mimari kullanıyor. Bu mekanik özellikleri elde etmek için, betonu üç boyutlu olarak bireysel iplikler halinde düzenleyen bir tasarım önerildi.
Tasarım, her ipliği komşusuna zayıf bir şekilde bağlayarak robotik eklemeli üretim kullanıyor. Farklı tasarım şemaları, birçok iplik yığını bir araya getirerek kirişler gibi daha büyük şekiller oluşturmak için kullanıldı. Kirişlerde çatlak yayılımına karşı direnci artıran çift sarmallı düzen, her yığının yönünü hafifçe değiştirerek oluşturuluyor.
Araştırmacılar, betonun dayanıklılığını artırmak için iplik iplik, çift burgu mimarisi kullandı.
Makalede, çatlak yayılımına karşı temel dirence “sertleştirme mekanizması” deniliyor. Tekniğin, çatlakların yayılmasını engelleyebilen veya oluşan çatlakları düz bir yoldan saptırabilen bir dizi mekanizmanın bileşkesine dayandığı belirtiliyor.
Araştırmacılar, mimari betondan yapılmış yapısal bileşenlerin, gerekli yüksek geometrik dayanımı ölçeklendirmek için bazen robotların kullanılması gerektiğini belirtiyor. Bu, yapısal uygulamalar için kasıtlı iç düzenleri oluşturmanın otomasyon ve robotik üretim olmadan çok zor olabilmesinden kaynaklanıyor. Robotun malzemeyi iplik iplik ekleyerek bir yapı oluşturduğu eklemeli üretim, tasarımcıların geleneksel dökme yöntemlerle mümkün olmayan karmaşık mimarileri keşfetmesine olanak tanıyor.
Araştırmanın bir parçası olarak, taze betonun kendi ağırlığı altında deformasyon eğilimini ele almak için özel bir çözüm geliştirildi. Üst katmanların ağırlığı alttaki betonun deformasyona uğramasına neden olabileceğinden, bunun önüne geçmek için betonun priz süresi kontrol altında tutuldu. Gelişmiş, iki bileşenli bir ekstrüzyon sistemi kullanılarak, hızlandırıcı ile beton karıştırılarak hızlı bir priz sağlandı. Bu, yapı üzerinde daha iyi kontrol sağlayarak alt katmanlardaki deformasyonu en aza indirdi.
Kaynak: https://engineering.princeton.edu/news/2024/08/30/special-twist-makes-cracking-easier-resist
