Высшая техническая школа Цюриха

Исследователи из Высшей технической школы Цюриха и немецкого Университета Штутгарта разработали метод работы с древесиной, который позволяет получать из нее большие изогнутые поверхности. При этом специально гнуть материал на станках не требуется — он принимает нужную форму самостоятельно, под действием внутренних механических сил, возникающих при высыхании древесины. Описание метода опубликовано в последнем выпуске Science Advances.

Процесс устроен следующим образом. Сначала деталь в своей конечной форме проектируют на компьютере, затем рассчитывают для нее необходимую толщину и ориентацию слоев дерева. После проектирования древесину двух разных пород (в работе использовали самые простые варианты — ель и березу) склеивают во влажном состоянии, а затем сушат — и именно в процессе сушки деталь приобретает свою форму, которая фиксируется и уже не зависит от влажности.

В качестве иллюстрации возможностей метода инженеры и исследователи построили в Урбахе, неподалеку от Штутгарта, башню, которая внешне напоминает работы архитектора Владимира Шухова. Однако, в отличие от не имеющих криволинейных деталей гиперболоидных конструкций Шухова, урбахская башня полностью состоит из изогнутых деревянных плоскостей.

В своей статье швейцарские исследователи указывают, что идея получения самогнущейся древесины была вдохновлена классической работой известного российского инженера Степана Тимошенко, который уже после эмиграции в США, в работе 1925 года, создал теорию поведения тел, состоящих из двух слоев металла. При нагревании из-за разного коэффициента расширения у разных материалов такие композиты определенным образом изгибаются — при этом в них возникают сложные механические напряжения, моделированием которых и занимался Тимошенко.

В новой работе аналогичный подход применен не к металлу, а к древесине. Она также может расширяться с разной эффективностью, в зависимости от породы. И из сочетания разных пород можно получать самостоятельно изгибающиеся композиты. Впрочем, древесина существенно отличается от металла по своему строению, поэтому, взяв общую идею Тимошенко, швейцарские ученые пошли по пути гораздо более подробного и сложного моделирования, включающего компьютерную симуляцию.

До сих пор было описано множество вариантов проектирования изгибающихся композитов из дерева. В том числе из него, например, предполагалось создавать несущие конструкции для солнечных батарей, которые могли бы самостоятельно поворачиваться за солнцем, реагируя на изменения влажности воздуха в течение дня.

Также подобные методы широко применяются в производстве мебели. Но для достижения такого эффекта используются станки. Другие технологии предполагают использование тонких слоев древесины в композитах, или же партии изделий ограничены небольшими лабораторными образцами.

Новый метод, в отличие от старых, ориентирован прежде всего на архитектуру, где требуются очень крупные и дешевые детали. По словам создателей, он уже готов к промышленному применению и может успешно работать с толстыми (до 4,5 сантиметра) композитами почти неограниченного размера.

Источник

Текст — Александр Ершов