61.32
75.65
22 апреля 2018

Эрозия «знает» законы архитектуры

Наука 28.12.2017
Эрозия «знает» законы архитектуры
Также научные сотрудники отработали программное обеспечение, с помощью которого можно смоделировать эродированные формы
Ученые из Сколковского института науки и технологий выяснили, что эрозия образует устойчивые конструкции, поскольку в процессе выветривания и вымывания происходит оптимизация формы разрушаемого материала, сообщила 28 декабря пресс-служба Сколтеха. Ветер и вода удаляют "ненужный" материал, действуя как человек, конструирующий инженерные сооружения. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Scientific Reports.
"Мы не могли не отметить, что весьма похожие [на эрозию] методы поиска оптимальных форм инженерных сооружений широко используются в современной индустрии. Эти методы, известные как "эволюционная структурная оптимизация" основаны на постепенном удалении неэффективного материала. Наиболее поразительным аспектом этого сходства является то, что математический критерий, по которому удаляется материал при инженерной оптимизации, практически точно совпадает с критерием, следующим из физики процесса эрозии", — приводятся в пресс-релизе слова научного сотрудника Сколтеха, первого автора исследования Игоря Останина.
Естественная водная и ветровая эрозия геоматериалов (например, скал) нередко приводит к появлению форм, похожих на рукотворные, например, арок, колонн и сводов. Как пишут ученые в своей работе, необычные песчаные образования, такие как естественные арки и столбы, всегда были причиной изумления и любопытства для многих поколений геологов.
Исследователи из центра Сколтеха по научным и инженерным вычислительным технологиям для задач с большими массивами данных и центра проектирования, производственных методов и материалов использовали обратили внимание на работу своих коллег из Карлова университета в Праге, которые предположили, что естественные арки образуются из— за отрицательной обратной связи между напряжением и скоростью поверхностной эрозии. Это значит, что ветер и вода первым делом уносят частицы, которые меньше сдавлены тяжестью других частиц.
Ученые из Сколтеха проверили это предположение, создав математическую модель эрозии. Им удалось показать, что эрозия оптимизирует форму разрушаемого материала, уменьшая энергию упругой деформации конструкции. Ученые показали, что по мере формирования устойчивой и сбалансированной структуры скорость эрозии стремительно снижается, поскольку в структуре не остается частиц, не сжатых соседними.
Кроме того, ученые отработали программное обеспечение, с помощью которого можно будет моделировать физически допустимые эродированные формы. Как пишут авторы работы, их результаты могут пригодиться, например, для анализа геоструктур, найденных на Марсе.