22/02/2012 - Smart-Materialien revolutionieren das Design anti-sysmischer Strukturen

Menéame

Ingenieure und Forscher des Georgia Tech Institute haben ein neues Modell entwickelt, das darauf abzielt, das Verhalten geformter Legierungen für den weiteren Einsatz beim Bau von Erdbebenresistenten Strukturen umfassend zu verstehen. Nach Angaben von Spezialisten könnte der Einsatz dieser und anderer intelligenter Materialien einen Vor- und einen Nachgeschmack bei der Gestaltung dieser Art von Erdbeben-sicheren Gebäuden markieren, wodurch die Sicherheitsbedingungen und die Funktionalität der Strukturen optimiert würden.

Die Verwendung von Form- und anderen intelligenten Legierungen wird als ein leistungsfähiger Weg zur Verbesserung des Designs von Anti-Sysmic-Strukturen definiert, wie dies von Ingenieuren und Wissenschaftlern des Georgia Tech Institute in den Vereinigten Staaten entwickelt wurde. Der neue Ansatz würde zu besseren Sicherheitsbedingungen und einer größeren Vielseitigkeit bei der Konstruktion von Gebäuden führen.

Die Folgen für menschliche und materielle Verluste durch Erdbeben und ähnliche Phänomene werden in verschiedenen Teilen der Welt ständig beobachtet. Nun hat eine Gruppe von Ingenieuren und Forschern unter der Leitung von Reginald DesRoches, Professor an der Georgia Tech School of Civil and Environmental Engineering, ein neues Modell entwickelt, das die Gestaltung von seismorestischen Strukturen optimieren könnte.

Die Arbeit wurde durch eine Pressemitteilung von Georgia Tech verbreitet, wurde aber auch in einem Artikel in der Fachzeitschrift International Journal of Non-Linear Mechanics erklärt. Das Hauptziel der Spezialisten ist es, bildlich gespeicherte Legierungen für den möglichen Einsatz im Bau von Erdbeben-befestigenden Gebäuden zu analysieren.

Laut DesRoches verfügen geformte Legierungen über einzigartige Eigenschaften, die sie in eine ideale Wahl für die seismoressile Konstruktion verwandeln. Fähigkeit, die Energie deutlich zu zerstreuen, ohne erhebliche Verschlechterung oder eine dauerhafte Verformung.


Studien und mögliche Anwendungen

Die Forscher der Georgia Tech haben ein Modell entwickelt, das Thermodynamik und verschiedene Mechanikgleichungen kombiniert, um zu bewerten, was passiert, wenn geformte Legierungen unterschiedlichen Belastungen und starken Bewegungen unterworfen werden.

Die Ingenieure verwenden das Modell, um das Verhalten geformter Legierungen (die in eine Vielzahl von Komponenten wie Kabeln, Stangen oder Platten eingebaut sind) gegen unterschiedliche Ladebedingungen zu analysieren. Auf der Grundlage dieser Informationen können die optimalen Eigenschaften des Materials für die antisysmische Anwendung bestimmt werden.

Zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Gebäuden und Gebäuden während der Erdbeben untersuchen verschiedene Gruppen weltweit derzeit den Einsatz intelligenter Materialien, wie z. B. geformte Legierungen, die die Fähigkeit haben, sich nach großem Druck zu erholen.

Potenzielle Anwendungen von Form-Speicherlegierungen umfassen ihre Verwendung in Brückenstrukturen, in Säulen und Balken von Gebäuden oder Bauten und in Verbindungselementen zwischen diesen strukturellen Komponenten. Damit diese Art von Material jedoch in der Praxis verwendet werden kann, muß die Wirkung extremer und konstanter Belastungen auf sie gründlich untersucht werden.


Einzelheiten zur Untersuchung

Die Experten von Georgia Tech, die die Arbeit der Forschungsgruppe vertieften, wiesen darauf hin, dass für konventionelle Baumaschinenmaterialien die Untersuchung von mechanischen Fragen wie Kraft und Verschiebung zur Messung von Stress und struktureller Belastung ausreichen kann, um ihre Leistung und Festigkeit zu bewerten.

Für intelligente Werkstoffe wie Form-Speicherlegierungen, die ihre Eigenschaften ändern, wenn sie bestimmten Belastungsbedingungen unterworfen sind, ist es jedoch unerlässlich, gleichzeitig Parameter in Betracht zu ziehen, die mit Thermodynamik und Mechanik in Verbindung stehen. Die Analyse wird daher komplexer.

In diesem Sinne hat die Studie interessante Varianten des Verhaltens dieser intelligenten Materialien gefunden. Zum Beispiel, wenn Legierungen in Komponenten verwendet werden, die groß genug sind, um in Anwendungen für Bautechnik verwendet zu werden, ist die Innentemperatur der Legierungen nicht mehr einheitlich. Dies ist ein Punkt, der besonders berücksichtigt werden sollte.

Obwohl die Arbeiten zur weiteren Optimierung dieser Materialien fortgesetzt werden, sind die ersten Ergebnisse ermutigend. Mit Hilfe des entwickelten Modells konnten Forscher genau die Verteilung der Innentemperatur und den Stress vorhersagen, die die Legierungen mit Formspeichern unterstützen könnten. Die Ergebnisse des Modells wurden mit Versuchstests überprüft.



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