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二重のねじれで割れにくくなる(Double twist makes cracking easier to resist)

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2024-08-30 プリンストン大学

プリンストン大学の研究者は、古代魚のシーラカンスの二重らせん構造に触発され、コンクリートの割れに対する耐性を向上させました。この研究は、アディティブ・マニュファクチャリングとロボットを用いて、コンクリートを三次元で配置し、二重らせん状に配置することで、ひび割れの進行を最大63%抑えることに成功しました。研究者は、材料の堆積を精密に制御するため、ロボットを使用し、ひび割れの防止や進行を遅らせるための技術を開発しました。

<関連情報>

ロボットによる積層造形で実現した、強靭なダブル・ブーリガンド構造コンクリート Tough double-bouligand architected concrete enabled by robotic additive manufacturing

Arjun Prihar,Shashank Gupta,Hadi S. Esmaeeli & Reza Moini
Nature Communications  Published:29 August 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-024-51640-y

二重のねじれで割れにくくなる(Double twist makes cracking easier to resist)

Abstract

Nature has developed numerous design motifs by arranging modest materials into complex architectures. The damage-tolerant, double-bouligand architecture found in the coelacanth fish scale is comprised of collagen fibrils helically arranged in a bilayer manner. Here, we exploit the toughening mechanisms of double-bouligand designs by engineering architected concrete using a large-scale two-component robotic additive manufacturing process. The process enables intricate fabrication of the architected concrete components at large-scale. The double-bouligand designs are benchmarked against bouligand and conventional rectilinear counterparts and monolithic casts. In contrast to cast concrete, double-bouligand design demonstrates a non-brittle response and a rising R-curve, due to a hypothesized bilayer crack shielding mechanism. In addition, interlocking behind and crack deflection ahead of the crack tip in bilayer double-bouligand architected concrete elicits a 63% increase in fracture toughness compared to cast counterparts.

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0902鋼構造及びコンクリート
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