Le camouflage physique fonctionne comme un acte de disparition pour les défauts structurels

Qu’il s’agisse de concevoir une fenêtre dans un avion de ligne ou un conduit de câble pour un moteur, les fabricants consacrent beaucoup d’efforts pour renforcer les ouvertures pour l’intégrité structurelle. Mais le renforcement est rarement parfait et crée souvent des faiblesses structurelles ailleurs.

Désormais, les ingénieurs de Princeton and Georgia Institute of Technology ont développé une technique qui peut maintenir l’intégrité structurelle en cachant essentiellement l’ouverture des forces environnantes. Plutôt que de renforcer l’ouverture pour se protéger contre quelques forces sélectionnées, la nouvelle approche réorganise presque tous les ensembles de forces qui pourraient affecter le matériau environnant pour éviter l’ouverture.

Dans un article, intitulé “Crape-Mécaniques impartiaux” dans le Actes de l’Académie nationale des sciencesles chercheurs ont déclaré qu’ils entouraient des ouvertures de microstructures conçues pour se protéger contre de nombreuses charges – des forces externes qui provoquent du stress, du mouvement ou de la déformation. La forme et l’orientation des microstructures sont calibrées pour fonctionner avec les charges les plus difficiles face à la structure, permettant aux concepteurs de contrer plusieurs contraintes à la fois.

“Pensez à une assiette avec un trou dedans. Si vous le mettez sous contrainte, si vous y tirez, vous allez obtenir une concentration de stress où l’assiette échoue plus tôt que sans le trou”, a déclaré Emily D. Sanders, professeur adjoint de génie mécanique à Georgia Tech et l’un des auteurs. “Nous voulons concevoir quelque chose autour de ce trou ou de ce défaut, il semble donc que le trou n’existe pas.”

Glaucicio Paulino, auteur principal et professeur d’ingénierie Margareta Engman Augustine à Princeton, a déclaré que les concepteurs renforcent généralement la structure dans des ouvertures comme Windows ou Tunnels. Mais il a dit qu’en augmentant la force structurelle dans une direction, le renforcement peut introduire d’autres problèmes en créant un nouveau stress dans une direction différente.

L’objectif de la technique de camouflage est de protéger la structure en redirigeant la force sans créer de niveaux de stress nouveaux ou indésirables.

Les chercheurs ont été inspirés par des nœuds dans les arbres, où il semble que des microstructures dans les nœuds d’arbres de la force directe autour du site d’intrusions comme les branches ou les racines et maintiennent la force structurelle. Les chercheurs voulaient savoir s’ils pouvaient concevoir des structures pour faire la même chose dans les matériaux fabriqués.

Paulino a déclaré que la technique repose sur deux problèmes d’optimisation, qui sont conçus pour sélectionner les meilleures solutions parmi une gamme de choix. Le premier problème découvre les charges qui produiront le plus grand défi à la structure de l’objet. C’est plus difficile qu’il n’y paraît car les charges sur une structure ou une machine peuvent changer avec les circonstances.

“Toute structure peut potentiellement avoir un nombre infini de charges.

Les chercheurs ont constaté que le calcul de six à 10 des charges les pires pour une structure donne les résultats les plus efficaces. Avec ces informations, ils exécutent un deuxième problème d’optimisation pour trouver le moyen le plus efficace de créer et de déployer des microstructures entourant la fenêtre ou le conduit.

“La technique d’optimisation introduite par les auteurs représente une méthodologie révolutionnaire pour atteindre l’invisibilité d’un défaut, quelle que soit la direction de toute force appliquée à l’extérieur”, a déclaré Davide Bigoni, professeur de mécanique solide et structurelle à l’Universita ‘Di Trento en Italie.

“Il en résulte un manteau omnidirectionnel, une propriété avec des applications larges. Celles-ci comprennent la garantie de la neutralité de stress mécanique dans le remplacement des tissus organiques, la modification des éléments structurels pour faciliter le passage des installations dans les machines ou l’infrastructure civile et améliorer la restauration de l’art.”

L’idée est similaire aux techniques de masquage qui ont été développées pour masquer des objets sur le spectre électromagnétique, tels que les avions furtifs. Paulino a expliqué que les équations de matériel solide peuvent être plus difficiles que celles de l’électromagnétisme. Mais il a dit que l’objectif était le même.

“Toute perturbation élastique est cachée par la cape”, a-t-il déclaré. “C’est comme s’il n’existe pas.”