پژوهشگران چینی و ژاپنی با الهام از ساختار بال پروانه، نوعی طراحی جدید برای سازه‌ها توسعه داده‌اند که می‌تواند مقاومت ساختمان‌های ضدزلزله و مقاومت در برابر ضربه را به طور چشمگیری افزایش دهد.
به گزارش سرویس فناوری تکناک، این مطالعه توسط محققان «دانشگاه فناوری ووهان» چین و «دانشگاه توهوکو» ژاپن انجام شده و در مجله International Journal of Mechanical Sciences منتشر شده است.
پژوهشگران توضیح داده‌اند که شبکه‌های سبک‌وزن سنتی اگرچه انرژی را به خوبی جذب می‌کنند، اما در برابر تمرکز تنش آسیب‌پذیر هستند. در این ساختمان‌های ضدزلزله، وارد شدن ضربه به یک نقطه حساس می‌تواند باعث فروپاشی کامل شود. تیم تحقیقاتی برای حل این مشکل، ساختار توزیع یکنواخت تنش در بال پروانه‌ها را به معماری منتقل کرده است.
آنها از طراحی جدیدی با نام توپولوژی مکعبی مرکزدار الهام‌گرفته از پروانه استفاده کرده‌اند. این ساختار دارای شبکه‌ای ناهمسانگرد است. در ساختارهای ناهمسانگرد، مقاومت و رفتار ماده در همه جهت‌ها یکسان نیست. پژوهشگران این ویژگی را عامل اصلی افزایش مقاومت سازه در برابر فشار، ضربه و تغییر شکل می‌دانند.
محققان برای توضیح این مفهوم به چوب درخت اشاره کرده‌اند. اگر تبر در امتداد رگه‌های چوب فرود بیاید، چوب به راحتی شکاف برمی‌دارد، اما ضربه در خلاف جهت رگه‌ها مقاومت بسیار بیشتری ایجاد می‌کند. همین اصل در طراحی جدید نیز استفاده شده است تا نیروها به صورت کنترل‌شده در سازه پخش شوند.
مرتبط: حل معمای زلزله و سونامی ۲۰۱۱ ژاپن پس از ۱۳ سال
مرتبط: تأثیر مستقیم آب و هوا در وقوع زمین‌لرزه
به گفته پژوهشگران، این ساختار هنگام فشرده‌سازی می‌تواند تنش را بدون تخریب کلی بازتوزیع کند. «اریک جیانفنگ چنگ» توضیح داده است که بیشتر شبکه‌های سبک‌وزن در برابر کمانش موضعی یا ضربه ناگهانی مقاومت کمی دارند، اما طراحی جدید عملکرد بسیار پایدارتری نشان می‌دهد.
آزمایش‌های مکانیکی و شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای نیز نشان داده‌اند که این سازه‌های الهام‌گرفته از بال پروانه در برابر بارگذاری دینامیکی و فشارهای شدید، عملکرد بسیار بهتری نسبت به شبکه‌های متداول دارند. در این طراحی، سازه هنگام تغییر شکل، تنش را به شکلی مشابه باز شدن بال‌های پروانه توزیع می‌کند و همین مسئله از فروپاشی ناگهانی جلوگیری می‌کند.
پژوهشگران امیدوار هستند که در آینده بتوانند از این فناوری در طراحی خودروها، هواپیماها، فضاپیماها و زیرساخت‌های مقاوم در برابر زلزله استفاده کنند. اهمیت چنین فناوری‌هایی با توجه به خسارت‌های گسترده زلزله‌ها بسیار بالا است.
برای نمونه، زلزله سال ۱۹۹۵ شهر کوبه ژاپن تنها در ۲۰ ثانیه حدود ۱۰۰ هزار ساختمان را تخریب کرد. همچنین زلزله و سونامی سال ۲۰۱۱ منطقه توهوکو ژاپن بیش از ۱۵ هزار کشته برجا گذاشت و حدود ۱۳۰ هزار نفر را مجبور به ترک خانه‌های خود کرد. زلزله سوماترا و آندامان در سال ۲۰۰۴ نیز باعث وقوع سونامی گسترده‌ای شد که حدود ۲۸۰ هزار نفر را در کشورهای شرق آفریقا و جنوب آسیا به کام مرگ کشاند و بیش از ۱.۱ میلیون نفر را آواره کرد.
محققان معتقد هستند که استفاده از این طراحی جدید می‌تواند در آینده از تخریب گسترده ساختمان‌ها جلوگیری کند، میزان تلفات انسانی را کاهش دهد و روند بازسازی مناطق زلزله‌زده را سریع‌تر کند.
مزتبط: تاب‌آوری TSMC در برابر یکی از شدیدترین زلزله های سال‌های اخیر
