|
Чего можно ожидать от материалов будущего
?
Невозможно пророчествовать подробно о том
,
как будут выглядеть новые материалы
.
Но мы можем оговорить вполне
определенные верхние пределы механических свойств пассивных конструкционных материалов
(
глава
1).
Ясно
,
что
ключевое свойство есть модуль Юнга
,
поскольку он определяет не только жесткость
,
но и
,
в конечном счете
,
прочность
.
Наибольшей жесткостью обладает углеродная связь
,
причем она максимальна как в абсолютном
,
так и в удельном
выражении
(
относительно плотности
).
Правда
,
некоторые ковалентные связи по жесткости мало отличаются от
углеродных связей в алмазе
.
Но в общем
-
то максимум
Е
должен быть около
12
Ч
10
4
кГ
/
мм
2,
а максимальная величина
удельного модуля Юнга
-
на порядок выше
,
чем для стали
.
Следовательно
,
возможности улучшения удельных свойств больше
,
чем абсолютных
.
Но
,
вероятно
,
к этому и следует
стремиться
.
Можно было бы
,
наверное
,
как
-
то приблизиться к теоретической прочности
,
то есть примерно к
E/
10
если бы такая цель
имела реальный
смысл
.
Но все дело в том что если бы эта громадная прочность и была получена в большинстве случаев
соответствующая ей упругая деформация
,
которая достигала бы
10%,
оказалась бы недопустимой
.
Более того
,
такой
материал неизбежно был бы хрупким
,
даже
,
пожалуй
,
слишком хрупким
.
Более приемлемой следует считать деформацию около
1-2% (
такой материал имел бы некоторый запас для торможения
трещин
-
см
.
главу
4
).
Это дало бы удельную прочность
,
на один
-
два порядка превосходящую удельную прочность стали
.
Таким образом
,
мы вправе ожидать максимальную величину удельной жесткости порядка
12-14
жесткостей древесины
,
стали и других металлов
,
а для удельной прочности ориентироваться в пределе на
10-100
удельных прочностей стали
.
Вероятно
,
как
-
то приблизиться к этим свойствам вначале можно будет с помощью материала
,
армированного
параллельными волокнами
.
Если же прочность и жесткость нужны более чем в одном направлении
,
тогда придется
распределить волокна по разным направлениям и удовлетвориться более низкими свойствами
.
Но рано или поздно
,
я
думаю
,
мы получим изотропные материалы
,
свойства которых во всех трех направлениях будут одинаково хороши
.
Это
,
кажется
,
и будет пределом
,
которого мы
сможем добиться с пассивными материалами
.
Продвижение по этому пути
-
вот занятие
,
которое занимает в наши дни целую армию материаловедов
.
Но картина изменится
,
если мы займемся
активными материалами
(
то есть такими
,
которые каким
-
то образом подпитываются энергией
)
Несколько лет назад к
этой идее независимо пришли профессор Бернал и я
.
В самом деле
,
снабжая материал энергией
,
можно придать ему
бесконечную эффективную жесткость
(
как это бывает у животных
).
А сделать это можно
,
по
-
видимому
,
с помощью
пьезоэлектричества
.
Важным следствием реализации этой идеи было б столько повышение прочности
,
сколько использование бесконечной
жесткости
.
Можно было бы делать очень конструкции
,
работающие на сжатие
,-
телеграфные столбы могли бы быть
тонкими
,
как проволока
;
крылья самолетов стали бы тоже очень тонкими
,
почти любая техническая операция
выполнялась бы легче и дешевле
.
Насколько мне известно
,
в этом направлении никто сейчас не работает
.
Но если бы
даже и начались такие исследования
,
потребовалось бы весьма много времени
,
прежде чем удалось получить что
-
нибудь
реальное
;
но этот путь отвергать
,
по
-
видимому
,
не следует
.
Другая очень привлекательная идея связана с самоподстраивающимися конструкциями
.
По сути своей она также
биологическая
.
Основной принцип здесь заключается в том
,
что конструкция сама утолщается в местах большего
напряжения
,
и опять
-
таки сама уменьшается в слабо нагруженных частях
.
Почти все небиологические конструкции
спроектированы неоптимальным способом
,
они неэффективны и топорны
.
Можно было бы начать с того
,
что
VIVOS VOCO:
Дж
.
Гордон
, «
Почему
мы
не
проваливаемся
сквозь
пол
» -
Do'stlaringiz bilan baham: |
