स्पेन के ग्रेनाडा विश्वविद्यालय के स्कोलटेक शोधकर्ताओं और उनके सहयोगियों ने वास्तुकला में वाल्टों और गुंबदों को सुदृढ़ करने के सबसे प्रभावी तरीके निर्धारित किए हैं।टीम ने तुलना की कि कठोर पसलियों के विभिन्न पारंपरिक और अपरंपरागत पैटर्न एक संरचना को समान रूप से वितरित और असममित भार दोनों का सामना करने में सक्षम बनाते हैं।

में प्रकाशितपतली दीवार वाली संरचनाएँ, दअध्ययनसंख्यात्मक विश्लेषण पर भरोसा किया औरभौतिक प्रयोग, और इसके लेखकों को ड्रैगनफ्लाई पंखों से प्रेरित एक अभूतपूर्व रिब पैटर्न का प्रस्ताव देने के लिए प्रेरित किया, जिसने आश्चर्यजनक रूप से पेपर में जांचे गए हर दूसरे लेआउट से बेहतर प्रदर्शन किया।

इंजीनियरिंग और सौंदर्य दोनों कारणों से पतली संरचनाओं को सक्षम करने के लिए प्राचीन रोमन काल से ही तहखानों और गुंबदों में कठोर पसलियों का उपयोग किया जाता रहा है।यह समाधान सामग्री को संरक्षित करता है और अधिक जटिल डिज़ाइन, बड़े स्तंभ-मुक्त फर्श स्पैन और गॉथिक कैथेड्रल की तरह बड़ी खिड़कियों की अनुमति देता है।

छत के भार को वितरित करने के लिए पसलियों का उपयोग कोई नई बात नहीं हैअसैनिक अभियंत्रण, दोनों में से एक।कुछ सबवे स्टेशन और औद्योगिक सुविधाएं इसका ज्वलंत उदाहरण पेश करती हैं।

हालाँकि, जब चयन की बात आती हैज्यामितीय पैटर्नरिब प्लेसमेंट के लिए, यह आम तौर पर पुराने पसंदीदा को उबालता है, जैसे कि कॉफ़र्ड छत के साथ बैरल वॉल्ट - अंदर की तरफ पसलियों के एक मजबूत वर्ग जाल के साथ एक लंबा आर्क - और क्रॉस वॉल्ट, प्रारंभिक रोमन वास्तुकला और पुनर्जागरण चर्चों से परिचितइससे प्रेरित हूं.सुधार की संभावना की पहचान करने के लिए आमतौर पर कोई जटिल विश्लेषण करने का प्रयास नहीं किया जाता है।

"हमने यह देखने के लिए कई पसलियों के पैटर्न का विश्लेषण करने का निर्णय लिया कि उनमें से कौन ऊर्ध्वाधर और असममित भार को बेहतर ढंग से झेल सकता है," अध्ययन के प्रमुख लेखक, स्कोल्टेक पीएच.डी. अनास्तासिया मोस्कलेवा ने कहा।गणित और यांत्रिकी कार्यक्रम के छात्र।

"हमने किया थासंख्यात्मक सिमुलेशनऔर पिछले साल के अध्ययन में डिज़ाइन किए गए घुमावदार सतह वाले पॉलिमर मिश्रित शैलों पर प्रयोग, उन्हें पांच अलग-अलग तरीकों से स्थित कठोर पसलियों के साथ फिट करना, प्रत्येक मामले में पसलियों पर खर्च की गई सामग्री की मात्रा को शैल में प्रयुक्त सामग्री के आधे तक सीमित करना।"

ऊपर दर्शाया गया, मूल खोल थाविकसितफॉर्म-फाइंडिंग नामक एक अनुकूलन तकनीक के माध्यम से, जिसमें प्रकृति में प्रक्रियाओं से प्रेरित एक तार्किक प्रक्रिया के माध्यम से अंतिम आकार पर पहुंचा जाता है।

यह एंटोनी गौडे द्वारा किए गए प्रयोगों पर आधारित है, जो मॉडलों को अपने वजन के नीचे ढीला करने के लिए हवा में लटकाकर अत्यधिक कुशल रूप प्राप्त करते थे।फिर उसने वही आकार ले लिया जो उन्होंने कल्पित किया था और उसे उल्टा कर दिया।असल में, उन्होंने गुरुत्वाकर्षण को काम करने दिया, इसलिए इस दृष्टिकोण को अक्सर "रूप बल का अनुसरण करता है" कहा जाता है।

शोधकर्ताओं द्वारा शुरू में जांच की गई पांच सख्त पसलियों के पैटर्न में दो समय-सम्मानित डिज़ाइन शामिल थे - कॉफ़र्ड छत और क्रॉस वॉल्ट - साथ ही टोपोलॉजिकल ऑप्टिमाइज़ेशन के माध्यम से प्राप्त दो लेआउट भी शामिल थे।केंद्र स्तंभ में शीर्ष पैटर्न हर बिंदु पर शेल की मोटाई को अनुकूलित करके, सामग्री को प्रभावी ढंग से पुनर्वितरित करके तैयार किया गया था जहां इसकी सबसे अधिक आवश्यकता होती है।

नीचे का पैटर्न एक-दूसरे के ऊपर दो खोलों से शुरू करके प्राप्त किया गया था और केवल निचले हिस्से को पसलियों के लिए बीज संरचना के रूप में अनुकूलित किया गया था।अंत में, पांचवां, बायोमिमेटिक पैटर्न कछुए के गोले, ड्रैगनफ्लाई पंखों और अन्य जगहों पर आता है, लेकिन गणितीय रूप से शुद्ध रूप में नहीं जिसे वोरोनोई आरेख के रूप में जाना जाता है।

भौतिक प्रयोग और संख्यात्मक सिमुलेशन दोनों ने केंद्रीय भार को झेलने के लिए टोपोलॉजिकल रूप से अनुकूलित डिज़ाइन को पारंपरिक और बायोमिमेटिक रिब लेआउट से बेहतर दिखाया।लेकिन स्थिति तब पलट गई जब एक असममित भार लागू किया गया, जो मोटे तौर पर छत के एक तरफ बर्फ जमा होने या कई लोगों के एक समूह के रूप में एक स्थान से दूसरे स्थान पर जाने से मेल खाता है।

उस स्थिति में, क्रॉस वॉल्ट राजा था, उसके बाद एन ब्लॉक टोपोलॉजिकल ऑप्टिमाइज़ेशन हुआ।महत्वपूर्ण रूप से, कॉफ़र्ड सीलिंग और वोरोनोई पैटर्न दो विकल्पों के रूप में सामने आए, जिनके प्रदर्शन को सममित से असममित भार पर स्विच करने पर सबसे कम नुकसान हुआ।

मोस्कलेवा ने टिप्पणी की, "इसने हमें दोनों दुनियाओं का सर्वश्रेष्ठ प्राप्त करने की उम्मीद में ऊर्ध्वाधर लोड प्रयोग से सर्वोत्तम अनुकूलित लेआउट के साथ वोरोनोई पैटर्न को संयोजित करने के लिए प्रेरित किया।"

"हमने ड्रैगनफ्लाई विंग की संरचना की सावधानीपूर्वक जांच की, जो वास्तव में वोरोनोई पैटर्न का बिल्कुल पालन नहीं करता है, और पाया कि इसमें कठोर पसलियों को दो अलग-अलग समूहों के गठन के रूप में माना जा सकता है। अधिक कठोर प्रकार है जो घुमाव का प्रतिकार करता है। और फिरइसमें पतली पसलियाँ हैं, जो पंख की समग्र संरचनात्मक अखंडता सुनिश्चित करती हैं और हमने सोचा कि हम इसे वॉल्ट में पुन: पेश कर सकते हैं।"

छठे हाइब्रिड पैटर्न को प्राप्त करने के लिए, टीम ने पहले टोपोलॉजिकल ऑप्टिमाइज़ेशन को दोहराया, लेकिन सामग्री व्यय पर सख्त प्रतिबंध के साथ, इन प्राथमिक पसलियों को 70% रिब सामग्री आवंटित की।इसके बाद एक अतिरिक्त कदम उठाया गया जहां एक पैरामीट्रिक एल्गोरिदम ने पतली माध्यमिक सामग्री को भरते हुए शेष सामग्री का उपयोग कियापसलियाँवोरोनोई पैटर्न के अनुसार.इस विचार ने इतनी अच्छी तरह से काम किया कि नए संयुक्त पैटर्न ने दोनों परिदृश्यों में पांच प्रारंभिक लेआउट में से प्रत्येक को बेहतर प्रदर्शन किया: केंद्रीय और असममित भार के लिए।

मोस्कालेवा ने कहा, "यह दर्शाता है कि टोपोलॉजिकल अनुकूलन वास्तव में संरचनात्मक डिजाइन के लिए बहुत कुछ कर सकता है। और फिर भी इसका उपयोग शायद ही कभी सिविल इंजीनियरिंग में किया जाता है, केवल ऑटोमोबाइल और विमान भागों जैसी चीजों के लिए मैकेनिकल इंजीनियरिंग में किया जाता है।"

"निश्चित रूप से, अनुकूलित रूप काफी जटिल हैं और इसलिए निर्माण में चुनौतीपूर्ण हैं। लेकिन एक मानक इमारत के कुछ हिस्सों, जैसे पार्किंग गैरेज, को अनुकूलित किया गया है और मांग पर पुन: प्रस्तुत किया जा सकता है, यह लंबे समय में भुगतान करेगा क्योंकि

सामग्री संरक्षित है और फिर वास्तुकार के लिए अधिक रचनात्मक स्वतंत्रता है।"

अधिक जानकारी:अनास्तासिया मोस्कालेवा एट अल, फ्रीफॉर्म समग्र शैल संरचनाओं के लिए सख्त पैटर्न,पतली दीवार वाली संरचनाएँ(2024)।डीओआई: 10.1016/j.tws.2024.112037