深水海绵启发了下一代桥梁和摩天大楼

你曾经走过有盖的桥或建造过金属储物架吗?如果是这样的话,你们应该见过对角晶格结构。

这种类型的设计使用几个小的,紧密间隔的对角梁均匀地分配荷载。这种几何设计在19世纪被土木工程师和建筑师Ithiel Town申请了专利。他的目标是找到一种方法,用更轻、更划算的材料制造坚固的桥梁。

有了这种设计,一些研究人员将其提升到了一个全新的水平——海绵。

海绵的全新用途

我们都知道海绵通常是软而黏的。我们会想到用来洗碗的海绵,然后我们会想到看起来相似的水下海绵。然而,研究人员哈佛大学约翰·a·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)发现了海绵玻璃骨架的用途,可以激发未来的建筑、桥梁和航天器比以前更大更长。

这些研究人员最近在《自然材料》(Nature Materials)上发表了一篇关于曲霉菌(Euplectella aspergillum,也被称为维纳斯花篮)的对角强化方形晶格状骨骼结构的文章。这种深海海绵比几个世纪以来用来建造建筑和桥梁的格子设计具有更好的强度-重量比。

“我们发现,海绵的对角线加固策略在一定数量的材料中实现了最高的抗屈曲能力,这意味着我们可以通过智能地重新安排结构中现有的材料来建造更强、更有弹性的结构,”matheon Fernandes说。他是SEAS的一名研究生,也是论文的第一作者。

James Weaver是SEAS的高级科学家和论文的通讯作者之一,他说结构的强度重量结构在很多领域都是基础。这一来自生物学的灵感可以为设计更轻、更重要的结构铺平道路,用于多种不同的用途。

曲霉菌使用两组平行的对角骨架支柱,交叉并融合到一个潜在的方形网格中,创建一个健壮的棋盘式模式。

比其他材料更坚固

研究人员复制了19世纪的网格设计,将海绵的骨骼结构与现有的网格几何结构进行比较。结果呢?海绵设计非常出色,能够承受更重的载荷而不弯曲。

研究人员表明,这种成对的平行交叉对角线结构使整体结构强度提高了20%以上,而不需要额外的材料来达到这种效果。

研究人员继续对海绵骨骼感到惊讶。谁知道将来的学习会带来什么呢?只有时间会告诉我们答案。

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