ابریشم عنکبوت پنج برابر مقاومت تر از فولاد بوده و در عین حال یک ششم آن چگالی دارد، به عبارت دیگر یک رشته از الیاف این ماده به طول محیط کره زمین کمتر از نیم کیلوگرم وزن خواهد داشت. همین ویژگی های شگفت انگیز باعث شده متخصصان به دنبال استفاده از این الیاف در زمینه های مختلفی باشند.غشاهای معماری مورد استفاده برای سازه پارچه ای و سایبان ظرفیت عایق حرارتی نسبتاً کم را در مقایسه با مصالح ساختمانی کلاسیک. مانند زونا، برش های چوبی، تشک های فیبری یا آجرها فراهم می کند. بدان سبب، قدر زیادی گرمای تأمین شده توسط پرتوهای خورشیدی، هر روز از طریق غشاها به داخل محفظه نفوذ می کنند. در این مقاله سعی داریم از ساختار عنکبوتی به کار برده شده درون سازه پارچه ای و سازه پارچه ای در اصفهان توضیح دهیم.
ترکیبی از استحکام و مقاومت در بین مواد، ابریشم عنکبوتی الگویی برای مصالح مهندسی است. در این مقاله رفتار تنش زا ابریشم عنکبوت Nephila claVipes تحت تنش! فشرده سازی عرضی و تغییر شکل پیچشی بدست آمده توسط یک باتری از تجهیزات تست میکرو ارائه شده است. نتایج تجربی مقاومت به طرز قابل توجهی بالاتر از الیاف مدرن در تنش و فشرده سازی متقابل نشان داد. مدول برشی بالاتر نیز برای ابریشم عنکبوت در مقایسه با الیاف کریستالی غیر مایع مانند الیاف آرامید مشاهده شد. بر اساس نتایج تجربی، از تجزیه و تحلیل عناصر محدود استفاده شده است. برای شبیه سازی خواص استاتیک و دینامیکی تار عنکبوت و کشف نقش هر دو ویژگی مواد. همین‌طور طراحی معماری در یکپارچگی ساختاری و عملکرد مکانیکی آن.
هدف ساختار عنکبوتی در فروشگاه ها
هدف از این طراحی سازه پارچه ای فروشگاه بزرگ، پوشیده از سقف کاذب پارچه ای وسازه چادری با طرح عنکبوتی است. سؤال این است که چگونه می توان شکل و انحنای دقیق ساختار کششی (سازه پارچه ای) را توسعه داد. به گونه ای که می تواند تعادل را برای یک الگوی معین از تنش ها حفظ کند.
خروجی طراحی یک طرح نقشه هندسی شعاعی شبیه به یک عنکبوت است. در شبکه حاصل، خطوط شعاعی کابلهای شعاعی را نشان می دهند. اینها مستقیماً در طرح قرار دارند و در زاویه های برابر 15 درجه قرار دارند. خطوط حلقه، واقع در صفحه افقی، نمایانگر پارچه ای است که بین کابل های شعاعی کشیده شده است. یک دکل، مرکز شبکه را به سمت بالا سوق می دهد. به شکل سه بعدی آن، یک انحراف اساسی از تار عنکبوت آن را می دهد.
چگونه هندسه دقیق پیدا کنیم
چالش این است که هندسه دقیق این میباشد که ساختار کششی سازه پارچه ای را پیدا کنید. در آن نیروهای پارچه و کابل قابل پیش بینی باشند و سطوح صاف و منظم باشند.
طراحان با یک هندسه تقریبی خالص شروع می کنند. به هر گره مجموعه ای از مختصات شروع را می دهند. شرط بررسی و تنظیم هر نقطه گره الزامی است. نیروهای افقی داخلی لازم برای اتصال حلقه ها به شعاع ها در هر گره برای رسیدن به تعادل در شبکه باید برابر و متضاد باشند.
تکرار فرایند در ساختار پارچه ای
آنچه فرآیند را آسان می کند، کشف این است که تصحیح می تواند در مراحل انجام شود. یک گره در یک زمان، با فرض بر این مرحله خاص که چهار گره مجاور ثابت هستند. انجام تنظیم برای هر گره در شبکه، یک بار و تکرار آن تا زمانی که نیازی به اصلاح دیگری نباشد. به شکل نهایی منجر می شود. در ریاضیات، این فرآیند تکرار نامیده می شود. واقعاً شبیه مراحل ساخت عنکبوتی است که شبکه خود را می سازد.
ساختار عنکبوتی در سازه پارچه ای برگرفته از دنیای الیاف طبیعی
مقدمه در دنیای الیاف طبیعی، ابریشم عنکبوتی از مدتها پیش به عنوان فیبر شگفت انگیز میباشد. به دلیل ترکیب منحصر به فرد خود از استحکام بالا و کشیدگی پارگی شناخته شده است. ابریشم عنکبوتی که از قبل مورد استفاده قرار گرفته است. دارای مقاومت به میزان 1.75 GPa در افزایش طول بیش از 26٪ است. با سختی بیشتر از الیاف آرام و سایر الیاف صنعتی، ابریشم عنکبوتی! همچنان توجه دانشمندان الیاف و علاقه‌مندان را به خود جلب می کند.
از عنکبوت وب گرفته تا ساختار کششی (سازه پارچه ای)
انواع تارهای عنکبوتی
ویژگی اصلی: فقط تنش را تحمل می کند
فشرده سازی و خم شدن درون عناصر ساختاری.
خواص ساختاری برای در نظر گرفتن:
استرس در مقابل کرنش
عمر سرویس
مکانیسم پیوستن به مواد
توزیع بار در وب
سیستم تعلیق تحت TENSION
کابل اصلی تحت TENSION
برجهای تحت فشار
استفاده از ساختار عنکبوتی در غرفه آزمایشگاهی
این غرفه که به الهام از سایه بان عنکبوتی استفاده می کند. شبیه حباب پارچه ای است که با رشته های وب مانند پوشیده شده است. همان‌طور که درشکل 2 مشاهده می کنید.
این در واقع یک سازه پارچه ای است. اساساً توسط لایه هایی از مواد کامپوزیت و pvc که توسط یک بازوی بزرگ روباتیک ساخته شده برای تقلید از عنکبوت پشتیبانی می شود.
تأثیر زیباشناسی در ساختار عنکبوتی
اما این در سازه پارچه ای همچنین نشانه‌ی یک زبان زیباشناختی کاملاً جدید است. با وجود برنامه نویسی ربات با قوانین و پارامترها، هیچ راه واقعی وجود ندارد. بدانید با استفاده از این رویکرد، چگونه ساختمان از بین می رود. به این ترتیب، شکل تقریباً تکاملی است. این بسیار شبیه طبیعت است و بسیار هیجان انگیز است.
علاوه بر موارد فوق محققان هندی با تابش پالس های لیزری موفق شده اند اشیایی بسیار ریز و کوچک با ساختار پیچیده هندسی از ابریشم عنکبوت تولید کننده که در کنار استحکام بیشتر، نرمی و لطافت بالاتری دارند. محققان تاکید کرده اند که از این الیاف می توان در تولید میکروسکوپ، تلسکوپ، اسلحه و سیستم های هدایت بمب بهره برد.
از سوی دیگر کمپانی لکسوس در تولید صندلی خودروهای لوکس از ترکیب الیاف ابریشم عنکبوتی و فراورده های دیگر بهره می برد از سوی دیگر کمپانی لکسوس در تولید صندلی خودروهای لوکس از ترکیب الیاف ابریشم عنکبوتی و فراورده های دیگر بهره می برد.
ابریشم مصنوعی عنکبوت
همانند توجهی که ما به الماس به عنوان سخترین ماده روی زمین داریم، فریبندگی ماده طبیعی ابریشم به هیچ عنوان کمتر نیست. ابریشم با استحکامی بیشتر از فولاد و وزنی برابربا آن ، دارنده جایزه انعطاف پذیری فوق العاده است. دانشمندان مدت هاست که در تلاشند به ترکیبی مصنوعی از مهندسی مواد دست بیابند ( تا دست از سر کرم ابریشم بردارند) در حالی که در ابریشم بهبود و توسعه ایجاد می شود. اما تیمی از آزمایشگاه رسانه MIT راهی برای کنترل کرم ابریشم برای اجرای خواسته خود در جهت تولید پاویون ابریشمی ( که اساسا با کرم ها تولید می شود) یافته اند. ابریشم عنکبوت با داشتن استحکام بی‌نهایت زیاد یکی از تاثیرگذارترین مواد دنیای طبیعت است. دلیل این استحکام چگالی نسبتا پایین این ماده است که آن را از استیل هم محکم‌تر می‌کند. مدت‌هاست که محققین قصد داشته‌اند تا نسخه‌ی مصنوعی آن را در حوزه مصالح ساختمانی بسازند اما راز خواص ابریشم عنکبوت تاکنون به صورت یک معما باقی مانده است.
یک تیم تحقیقاتی از موسسه‌ی تکنولوژی ماساچوست با استفاده از تکنیک‌های چاپ سه بعدی، تار عنکبوت‌های شبیه‌سازی شده تولید نمودند تا درباره‌ی ساختار تار عنکبوت اطلاعات بیشتری کسب کنند. این محققین معتقدند این کار گام بعدی به سوی ساخت یک نسخه‌ی مصنوعی از ابریشم عنکبوت است.
یکی از این محققین می‌گوید «ما در حال تعیین کمی مکانیسمی هستیم که تارهای عنکبوت را بسیار محکم می‌کند».
