Ученые утверждают, что разработали конструкцию, которая может поглощать и снижать вибрации инженерных и механических устройств более эффективно, чем обычные системы, которые до сих пор использовались для сдерживания вибрации машин и устройств в различных отраслях промышленности.

По словам профессора гражданского строительства и экологического строительства Университета Шарджи Муссы Леблубы, который является соавтором исследования, открытие, опубликованное в журнале Scientific Reports , связано с уникальной конструкцией, которая сочетает в себе два типа материалов.

«Спроектированная нами конструкция уникальна, поскольку она сочетает в себе два типа материалов: один, который легко гнется (отрицательная жесткость), и другой, который сопротивляется изгибу (положительная жесткость)», — сказал профессор Леблуба. «Когда эти материалы работают вместе, они создают особое поведение, при котором конструкция может выдерживать большие нагрузки, оставаясь практически невосприимчивой к небольшим вибрациям».

Исследование является результатом совместных усилий ученых из Инженерного колледжа Университета Шарджи, Национального технологического института Индии и Университета короля Фахда в Саудовской Аравии.

Ученые пишут: «Аналитические, численные и экспериментальные исследования показали, что предложенная модель не только отражает характеристики QZS, но и обеспечивает эффективную виброизоляцию, особенно в низкочастотном диапазоне».

«Это демонстрирует способность метаструктуры смягчать вибрационные воздействия за счет инновационного дизайна и стратегического использования материалов, тем самым устанавливая ее потенциальную применимость в практических инженерных решениях, где виброизоляция имеет решающее значение».

Новая «метаструктура» демонстрирует свойства квазинулевой жесткости (QZS). Она основана на механизме высокой статической и низкой динамической жесткости. Она состоит из четырехэлементных ячеек, расположенных параллельно, каждая из которых включает наклонные балки и полукруглые арки.

Квази-нулевая жесткость или QZS — это состояние, при котором структура демонстрирует крайне низкое сопротивление движению в определенном диапазоне, что позволяет ей эффективно изолировать вибрации, сохраняя при этом нагрузку. Эта уникальная характеристика является ключом к способности «метаструктуры» сохранять устойчивость в чувствительных средах.

Профессор Леблуба сказал, что целью исследования было создание «решения, которое не только теоретически обосновано, но и пригодно для практического применения в отраслях, где требуется точный контроль вибраций».

«В ходе наших исследований мы разработали и проверили новый тип конструкции, который помогает контролировать вибрации — нежелательные движения, которые могут повлиять на производительность машин и устройств».

Ведущий автор исследования, доктор Сраджан Далела, научный сотрудник кафедры машиностроения Национального технологического института в Руркеле (Индия), сказал, что нововведение выделяется своей способностью подавлять вибрации всех типов оборудования в различных отраслях промышленности.

«Способность этой конструкции сохранять устойчивость и одновременно снижать вибрации открывает новые возможности для защиты чувствительного оборудования в различных отраслях промышленности», — сказал доктор Далела.

«Наше исследование открывает новые горизонты в борьбе с вибрацией, предлагая практическое решение проблемы, которая десятилетиями беспокоила инженеров».

Профессор Леблуба добавил, что ученые подтвердили эффективность своей новой «метаструктуры» с помощью многочисленных анализов и экспериментов.

«Мы протестировали эту конструкцию с помощью компьютерного моделирования и реальных экспериментов, и наши результаты подтвердили, что она может эффективно снижать вибрации, особенно на низких частотах, где традиционные методы неэффективны.

«Это означает, что нашу конструкцию можно использовать в различных областях, таких как аэрокосмическая промышленность, медицинская визуализация и прецизионные приборы, для защиты чувствительного оборудования от вибраций и повышения его производительности».

Инженеры и механики долгое время пытались найти решение, чтобы остановить вибрацию машин и устройств во время работы. Вибрация машин всегда была для них серьезной проблемой.

Ученые описывают свое изобретение как легкую конструкцию, которая «способна изолировать вибрацию в различных диапазонах частот, начиная от диапазона низких частот до более высоких [диапазонов]», что обеспечивает ей широкий спектр применения в различных отраслях промышленности.

В своей статье они освещают промышленные сферы, где их новая конструкция «помогает поглощать и рассеивать вибрацию» различных машин и устройств.

Они утверждают, что их компактная и легкая структура предлагает захватывающие возможности потенциальных применений. Их исследование указывает на то, что их изобретение обладает способностью «смягчать вибрации, достигающие телескопов, и позиционирование телескопических креплений» при применении в оптических системах.

Что касается медицинских устройств визуализации, они пишут, что их новая конструкция «может обеспечить стабильную среду для аппаратов МРТ для получения высококачественных изображений, а также для обеспечения стабильной визуализации в высокоточных микроскопах».

Согласно исследованию, данная структура также имеет практическое значение для систем производства полупроводников, поскольку она может «изолировать чувствительное оборудование и поддерживать необходимую стабильность».

В сфере точных приборов и лабораторий авторы показывают, что их конструкция способна «сохранять стабильность, необходимую для получения точных результатов».

Авторы также называют промышленное оборудование полезной областью, где контроль вибрации важен для «стабильной среды и точности».

«Эта инновация может улучшить производительность и срок службы точных приборов, медицинских приборов, аэрокосмического оборудования и многого другого, делая эти технологии более надежными и эффективными», — сказал профессор Леблуба, добавив, что конструкцию «можно корректировать в зависимости от нагрузки, которую она должна выдерживать, что делает ее универсальной для различных применений».

Отвечая на вопрос о важности изобретения, профессор Леблуба сказал: «Влияние нашего проекта существенно, поскольку он предлагает новое решение давней проблемы во многих отраслях промышленности… Это нововведение может улучшить производительность и срок службы точных приборов, медицинских приборов, аэрокосмического оборудования и многого другого, сделав эти технологии более надежными и эффективными».

Профессор Леблуба отметил, что это изобретение является первым в своем роде, которое хорошо работает в ситуациях, когда другие конструкции не справляются, особенно при низкочастотных вибрациях.

«Конструкцию конструкции можно регулировать в зависимости от нагрузки, которую она должна выдерживать, что делает ее универсальной для различных применений. Наши эксперименты показали, что эта конструкция может сохранять свои способности контроля вибрации даже при воздействии различных условий».

Ученые заняли выжидательную позицию, чтобы узнать, как отрасль отреагирует на их изобретение. Но они настроены оптимистично и надеются, что их открытия в конечном итоге будут иметь значение.

Доцент Абул Калам из Колледжа науки Университета короля Халида в Саудовской Аравии сказал: «Мы с нетерпением ждем возможности увидеть, как наши открытия могут быть применены в реальных условиях, где точность и надежность имеют первостепенное значение».