architecture of the dragonfly wing
2010-05-24 00:00
玛丽亚·明格隆毕业于机管局,目前是麦吉尔大学教授,与学生杰尼·涅托、萨基维尔·拉马斯瓦米和康斯坦丁诺斯·卡拉塔萨斯一起研究蜻蜓翼的建筑应用。视频,更多的图像和潜在的架构应用程序包括在其余的文章。
用团队的话来说,“蜻蜓翼的形态是通过一个复杂的模式过程来优化的自然构造,它是通过进化来响应力流和物质组织而发展的。机翼通过图案、波纹和各种材料性能的非线性变化,在整个结构中获得高效的结构性能。“
下面是一张极好的图表,展示蜻蜓翅膀如何被划分成各种形状的区域,这些区域被设计成非常不同的力量,四边形,五边形和六边形。
研究小组解释说,机翼的自然形态看似随机的变化实际上是经过优化的,允许在机翼的跨度上进行刚性和灵活的配置,从而允许在飞行过程中基于逻辑地使用环境能量。
1.机翼的形状遵循在机翼上表现的一般拉力。不同的形状承担着确定机翼在该区域的刚度或灵活性的责任。
例如,边沿的四边形区域决定了机翼的更刚性和更硬的部分,而大部分分隔的六角形区域负责更容易弯曲和摇摆的区域。此外,细胞间的联系还决定了相邻细胞的弯曲程度,研究也强调了这一点:
“蜻蜓翅膀上有两种主要的关节,一种是活动的,另一种是不动的。”一些纵向静脉与交叉静脉弹性连接,而另一些纵向静脉与交叉静脉紧密相连。扫描电镜显示,机翼上有一系列灵活的交叉静脉和主静脉连接,这使得局部变形得以发生。在活动关节中出现类似橡胶的蛋白质Resilin,使前缘的自动加捻机制得以实现。“
在了解了机翼的这些可应用于其他结构设计的各种特性之后,学生们开始建模他们的发现,并进行各种测试,变形网格和分析响应。下面是一个演示视频。
所有仿生研究的有趣之处在于其在该领域的潜在应用,下一节摘录的是团队的总结,说明他们认为他们的研究可以应用于建筑技术。
“在昆虫翅膀中,不同区域的支持和变形特性几乎是普遍存在的。这些性质为我们提供了一个有趣的研究领域,可以不断变化的结构,但通过一个复杂的几何逻辑保持其平衡。建筑物可以想象成由复杂的柔性箔组成的信封,抽象出蜻蜓翅膀的几何逻辑。利用刚性四边形几何的性质和更灵活的多边形几何,可以建立曲面…。试验的重点是推导在均匀载荷作用下被动变形可以得到的不同形态。网格内约束点的分布与蜻蜓翼的分布有着相似的逻辑,在这种情况下,移动和固定的关节被分配,以便在特定的方向上起波纹。“
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.class=‘class 1’>现为麦吉尔大学教授,以及学生Jheny Nieto,Sakthivel Ramaswamy和Konsta.
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