斯圖加特大學(xué)推出基于甲殼蟲殼的碳纖維館

斯圖加特大學(xué)的建筑師和工程師團(tuán)隊(duì)在本周揭示了第二個(gè)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由碳纖維編織的機(jī)械手亭亭亭玉立地包裹著甲蟲的翅膀和腹部 。就像周二揭幕的 Landesgartenschau 展覽館一樣，ICCD / ITKE研究館2013-14是使用定制的機(jī)器人技術(shù)系統(tǒng)制造的結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)用于創(chuàng)建一系列模塊化的纖維復(fù)合材料組件。

該項(xiàng)目由來自學(xué)術(shù)界開發(fā) 斯圖加特大學(xué)的 計(jì)算研究所設(shè)計(jì) (ICD)和 建筑結(jié)構(gòu)研究所結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (ITKE)，誰曾合作基礎(chǔ)上龍蝦的外骨骼涼亭和仿照海膽的結(jié)構(gòu)骨架。

ICD研究人員和團(tuán)隊(duì)成員Marshall Prado解釋說：“該項(xiàng)目為建筑中的纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)提供了一種新穎的方法。”

“它基于模塊化雙層纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)的自動(dòng)機(jī)械制造工藝的開發(fā)，該工藝可將所需模板減少到最低限度，同時(shí)保持較大的幾何自由度。這使自然輕質(zhì)系統(tǒng)的功能原理可以轉(zhuǎn)移到建筑結(jié)構(gòu)，”他說。

結(jié)果是一個(gè)雙圓頂?shù)耐ぷ?，上面有網(wǎng)狀的墻壁和天花板。它占地50平方米，僅重593公斤。

普拉多說：“它不僅提供了獨(dú)特的建筑表現(xiàn)和空間體驗(yàn)，而且還非常輕巧和節(jié)省資源。”

研究人員和學(xué)生團(tuán)隊(duì)使用各種甲殼蟲的高分辨率3D模型(稱為elytra)，與圖賓根大學(xué)的生物學(xué)家和古生物學(xué)家密切合作，對(duì)復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。

他們解釋說：“這些輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的性能取決于雙層系統(tǒng)的幾何形態(tài)和天然纖維復(fù)合材料的機(jī)械性能。”

他們說：“ Elytra形態(tài)基于雙層結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)通過圓柱狀雙彎曲支撐元件-小梁連接。小梁內(nèi)的纖維布局將上下殼段與連續(xù)纖維融合在一起。”

然后將這些結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為一系列設(shè)計(jì)原理，使用玻璃和碳纖維增強(qiáng)聚合物實(shí)現(xiàn)了這種結(jié)構(gòu)，從而使涼亭具有最佳的強(qiáng)度重量比。

開發(fā)了一種自動(dòng)纏繞方法來制造每個(gè)纖維模塊，這些纖維模塊用樹脂浸漬以增加強(qiáng)度。兩個(gè)機(jī)器人將纖維纏繞在定制的鋼框架上，可以進(jìn)行調(diào)整以適合所有36種必要幾何形狀的要求。

該團(tuán)隊(duì)說：“無芯長(zhǎng)絲纏繞不僅可以通過不需要單個(gè)模具來節(jié)省大量資源，而且其本身是一種非常節(jié)省材料的制造工藝，因?yàn)闆]有浪費(fèi)或切掉的碎片。”

該項(xiàng)目是正在進(jìn)行的計(jì)劃的一部分，該計(jì)劃研究如何使用建筑來重建自然的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)。每個(gè)展館的研究和建設(shè)歷時(shí)18個(gè)月。