понедельник, 26 января 2015 г.

Павильон Атомной Энергии

«Мы хотим, чтобы Павильон был в равной степени интересен людям разного возраста и рода занятий, чтобы он поражал воображение не только информативностью экспозиций, пониманием технологий, но и стал актуальной площадкой для обмена мнениями, вовлекал людей в дискуссии по научным и техническим вопросам». (Генеральный директор ГК «Росатом» Кириенко С.В.)
Павильон Атомной Энергии возводится на месте бывшего Павильона № 19 на территории Выставки достижений народного хозяйства (ОАО «ВДНХ») в г. Москва. Павильон удобно расположен по пути следования от Главного входа ВДНХ, рядом с павильоном № 20 «Химической промышленности», между павильонами № 18 «Белоруссия» и № 21 «Газовая промышленность». В непосредственной близости от участка располагаются культовые объекты ВДНХ: павильон «Космос», Площадь Промышленности с установленной ракетой-носителем, фонтан «Каменный цветок», а также филиал Политехнического музея.
Павильон имеет четыре уровня для демонстрации разных функций. Нижний уровень это подземное хранилище и паркинг на 200 машин.
Представляет собой сетчатую оболочку из стали и цветного стекла со светодиодной подсветкой напоминающую атомный реактор с сетчатым куполом в центре к которому на опорах подвешивается сетчатая оболочка в виде гиперболоида.
Вертикальные стены из стеклопакетов закрепленных на стальном каркасе.

суббота, 10 января 2015 г.

Модуль Гука. Закон гибкости и упругости, гнётся и не ломается







Первое по-настоящему научное исследование процесса упругого растяжения и сжатия вещества предпринял Роберт Гук. Первоначально в своем опыте он использовал даже не пружину, а струну, измеряя, насколько она удлиняется под воздействием различных сил, приложенных к одному ее концу, в то время как другой конец жестко закреплен. Ему удалось выяснить, что до определенного предела струна растягивается строго пропорционально величине приложенной силы, пока не достигает предела упругого растяжения (пластичности) и не начинает подвергаться необратимой нелинейной деформации, за пределом пластичности материала струны.
В виде уравнения закон Гука записывается в следующей форме:

F = –kx

где F — сила упругого сопротивления струны, x — линейное растяжение или сжатие, а k — так называемый коэффициент упругости. Чем выше k, тем жестче (гибче и упруже) струна тем тяжелее она поддается растяжению или сжатию. Знак минус в формуле указывает на то, что струна противодействует деформации: при растяжении стремится укоротиться и выпрямится, а при сжатии — согнутся и укоротится.

Закон Гука лег в основу раздела механики, который называется теорией упругости
При этом в любых расчетах на прочность конструкций, традиционно используют модуль упругости Юнга.
Выяснилось, что закон Гука, имеет гораздо более широкие применения, поскольку атомы в твердом теле ведут себя так, будто соединены между собой струнами или пружинами, то есть упруго и гибко закреплены в объемной кристаллической решетке. Таким образом, при незначительной упругой деформации гибкого материала действующие силы также описываются законом Гука, но в несколько более сложной форме. В теории упругости закон Гука принимает следующий вид:

σ/η = E

где σ — механическое напряжение (удельная сила, приложенная к поперечной площади сечения тела), η — относительное удлинение или сжатие струны, а Е — так называемый модуль Юнга, или модуль упругости, играющий ту же роль, что коэффициент упругости k. 
Он зависит от свойств материала и определяет, насколько растянется или сожмется тело при упругой деформации под воздействием единичного механического напряжения.
Жёсткость — это способность конструктивных элементов сопротивляться деформации при внешнем воздействии. Характеристика обратная податливости (гибкости при деформации изгиба). Не следует путать с твёрдостью.

Основной характеристикой жёсткости является коэффициент жёсткости, равный силе, вызывающей единичное перемещение в характерной точке (чаще всего в точке приложения силы).

В случаях маленьких одномерных деформаций (в пределах зоны упругости, где справедлив Закон Гука) жёсткость можно определить, как произведение модуля упругости  E (при растяжении, сжатии и изгибе) или модуля сдвига  G (при сдвиге и кручении) на площадь сечения элемента.
Понятие жёсткости широко используется при решении задач сопротивления материалов.
Р. Гук не применял термина жесткость материала.
Почему, тогда его закон, это определение модуля Юнга (модуля упругости) определяет жесткость конструкции зданий?
Упругость и жесткость разные понятия.  
Наибольшее напряжение, до которого все деформации в материале упругие, называется пределом упругости.
Условным пределом упругости G1 называется напряжение, при котором остаточная (пластическая) деформация при изгибе или растяжении струны составляет 0.01%.
Все формулы и граничные условия, при расчете конструкций прошлого, это этапы, к выполнению расчетов на основе модуля Юнга, а не закона Гука, ограничений прогиба элементов, гибкости и обратимой деформации элементов.
Если научится управлять в расчетах прочности основами новых знаний закона Гука, увеличивая ограничения прогиба элементов, гибкости и обратимой деформации элементов в более широком диапазоне, с новым модулем Юнга, на основе закона гибкости и упругости, архитектура будет гораздо интересней. Все города мира потеряют в весе на миллиарды тон полезных ископаемых.
Это будут самые легкие дома на опорах каплевидных складных сетчатых оболочек из струн Гука.
В теории упругости, застыло прошлое, всюду одно и тоже "анализируя формулу Эйлера, видим, что на величину критической силы, из всех механических характеристик материала, влияет лишь модуль упругости". 
"Поскольку модуль упругости для всех марок сталей практически одинаков, для повышения запаса устойчивости и прочности, использование высокопрочных дорогих сталей нецелесообразно". ЦК КПСС
Застыла экономика. Да и зачем что то делать если все производят китайцы.
Для новой и безопасной архитектуры бионических форм по всей территории РФ, с "убитыми" деревнями, как раз не нужно традиционно использовать  модуль упругости, нужны высоко ризильянсные конструкции и узлы, для создания узлов соединения элементов по закону гибкости и упругости используя материалы с высоким пределом текучести (это пружинные стали) Эти стали при Сталине выпускали в каждом городе. Теперь остались поставщики из Москвы и производители в Екатеринбурге. В основном вся качественная пружинная сталь идет на оборонные заказы и на экспорт. Она нужна в любую умирающую деревню для энергосберегающих и простых станков ткачества домов и подсобных построек в каждом домохозяйстве.
Дома, коровники, теплицы, хранилища, мебель, интерьер, полки, заборы, паучарни....
Важнейшим критерием при выборе металла, от которого требуется высокая упругость, является предел текучести.
У самых лучших пружинных сталей практически такой же модуль упругости, как и у самых дешевых строительных сталей, но пружинные стали способны выдерживать гораздо большие напряжения, поскольку у них выше предел текучести.
Пружинные узлы и элементы конструкций обеспечивают прочность узлов и выдерживают большие напряжения с возможностью складывания и скручивания.
Скручивание обычной арматурной проволоки и строительство из кирпича и бетона это 20 век.
Свойства металлического материала можно изменять путем сплавления и термообработки. 
Предел текучести стали можно повысить в 50 раз. Следовательно с использованием новых тканей и пленок вес многоквартирного дома можно снизить в 1150 раз.
Предел текучести чистого железа составляет примерно 40 МПа, тогда, как предел текучести сталей, содержащих 0,5% углерода и несколько процентов хрома и никеля, после нагревания до 950° С и закалки может достигать 2000 МПа.
"Мне всегда становится грустно, когда я гляжу на новые здания, беспрерывно строящиеся, на которые брошены миллионы и из которых редкие останавливают изумленный глаз величеством рисунка, или своевольною дерзостью воображения, или даже роскошью и ослепительною пестротою украшений. Невольно втесняется мысль: неужели прошел невозвратимо век архитектуры?" Н. Гоголь. Об архитектуре.
Архитекторы сегодня, кажется, озабочены непрерывными изменениями больше, чем когда-либо.
Это не трудно понять, особенно при рассмотрении современной цифровой культуры.
Мы живем в мире, с большими возможностями для создания новых зданий способных изменять свою форму без разрушения. Упругость и гибкость это не просто свойство материала и новый универсальный модуль Юнга для закона гибкости и упругости ради прочности и снижения веса. Это освобождение  от жестких ограничений. Это легкость и мобильность при транспортировке. Это минимальный расход материала и минимальная цена.
Это реакция на экстремальные условия эксплуатации.
Гибкость и упругость это способность объекта к изменениям в ответ на силу.
Гибкость и упругость существовала всегда и в процессе проектирования машин и зданий.
Вертолет Сикорского никогда бы не взлетел не имея упруго-гибких лопастей винта.
Без пружин нет машин и новой бионической архитектуры будущего переселения народов из городов в хутора и деревни на берегу Ледовитого океана.
Для начала в каждой школе надо объяснять почему ломаются вещи, а в институтах учить закон гибкости и упругости в котором главный компонент это предел текучести материала струн.
Это благоустройство городов и утепление старых зданий, полная утилизация отходов и парковки катеров и машин под каждым зданием на опоре.
Со времени Юнга существует путаница в понятиях, модуль упругости (модуль Юнга) это выражение жесткости материала, поэтому его лучше назвать модулем жесткости, высокая жесткость значит малые деформации при больших напряжениях.
Прочность материала это предел текучести или предел упругости, чем выше прочность тем выше предел упругости. Этот модуль лучше назвать модулем Гука.
Прочность и жесткость разные свойства материала и не зависят друг от друга, все марки и классы стали имеют одну и туже жесткость, но разный предел текучести, прочность и предел упругости, поэтому, конструкция из материалов с высоким пределом текучести или пределом упругости более прочная и способна к обратимой деформации при высоких нагрузках.
Сейчас настало время, чтобы изменить необоснованное отвращение к податливости, гибкости или упругости конструкций.
Изменить устаревшие строительные нормы и правила новой архитектуры для освоения огромных территорий с минимальными затратами материалов и энергии. В любом случае СНИПЫ придется менять на Евростандарты.
Необходимо использовать, в расчетах стен и крыш зданий, предел упругости-модуль Гука и закон гибкости и упругости, а модуль упругости (точнее модуль жесткости) оставить для традиционных расчета полов и оснований. Многие люди городов индустриализации привыкли ходить дома по жесткому полу.

В последнее десятилетие, распространение цифровых и технологий производства сетчатых оболочек, позволили архитекторам сделать первые шаги к упруго-гибкой архитектуре каплевидных пространств.
Упругость это восстание новой архитектуры против идеи стандартизированной и жесткой конструкции прошлого в пользу упругости и воссозданию жидких сред, без которых невозможна любая форма жизни и роста. Жидкие среды в почве обеспечивают дома электричеством с помощью компоста. Дома растут подобно зонтикам на пляже, как грибы, как деревья по всей стране.
Стены каплевидного дома изгибаются под действием нагрузок без разрушения. Бытовой травматизм тук же минимален как и внешние теракты.
Дома адаптируются к условиям эксплуатации. Идеальная схема для слабых грунтов и вечной мерзлоты это точечные опоры из газопроводов труб для установки в них опор для легких и мобильных домов каплевидных форм. Между такими домами на подобных опорах строится струнный транспорт и сеть интернет.
Почему мы ограничимся методами малых деформаций?
Сегодня архитектура и здания заморожены в строительных нормах и правилах.
Многие из упруго-гибких и каплевидных конструкций имеют корни в математике (Чебышев, Лобачевский) и культуре (купола церквей) в инженерном искусстве (оранжереи, дирижабли и космические корабли Циолковского, сетки и гиперболоиды Шухова), это прообразы будущего.
Почему современные архитекторы не могут их использовать, а заказчики не хотят их строить? Дорого? Наоборот, они значительно дешевле.
Почему большие деформации не используются в строительстве.
Человек, рождается из упруго-гибкой утробы, что бы потом всю жизнь провести среди жестких и прямоугольных зданий, квартиру в котором он должен государству, при этом, даже не стараясь вспомнить от куда он родом.
Про экономию.
Модуль упругости стали одинаковый у всех марок.
Предел текучести-ГИБКОСТИ отличается в десятки раз.
При этом цена сталей с высоким пределом текучести дороже обычных сталей на 20%.
Когда в стране доминирует ВПК это огромное преимущество для экономики возрождения страны.
Это отличное средство для внедрения высокопрочных упруго-гибких структур и создания новых элементов каплевидных домов на основе топологии ДНК.

Форма здания не предопределена, как форма у капли воды, она меняется, она течет, как время.
Это символ будущего большого стиля, стиля 21 века.
Я не призываю к только упруго-гибкой архитектуре и каплевидным зданиям.
Я призываю к экономии материалов и развитию теории упругости для новой архитектуры больших обратимых деформаций.
Архитектура уже имеет примеры упруго-гибких форм.
Речь идет не просто о гибкости, а об упругой гибкости из материалов с пределом прочности 2000 МПа. Сегодня этот придел в десятки, в сотни раз меньше. Поэтому так много работы у спасателей и дворников.
Я призываю к отмене эпохи постоянства старых законов и стабильности архитектуры.
Природа на все кризисы отвечает потоком изменений из разных форм жизни.
Разнообразие - это жизнь.
Представьте себе будущее. Мечтайте о нем.

В четвертом сне Веры Павловны Чернышевский рисует утопическую картину будущего. Обычно всем со школьной скамьи запоминаются дворцы из стекла и алюминия, но быстро забывают, что стоят они не тесно прижавшись друг к другу в один ряд, а на расстоянии 3-4 верст, разделенные нивами и лугами, садами и рощами.
Самих городов остается меньше прежнего, нивы дают урожаи, как в оранжерее, а в лесу не найти ни одного больного дерева. Все деревья заселены.

Что бы выжить и эволюционировать необходимы гибкие изменения страны, домов и городов. Необходимо расселять города и села в мелкие хутора связанные кооперацией на всех уровнях.