Чудо-материал

Изображение пользователя MNTC.

Надо изобрести материал, который в некоторых пределах ведет себя как механический диод (хотя бы по одной оси).

То есть когда его расширению препятствует сила меньше некоторого значения F1, он расширяется (хотя бы до 5-10%). Но обратно сжиматься он уже не станет, пока на него не подействуют на порядки большей силой F2.

Такой материал нашел бы свое применение как компенсатор разного рода износов, зазоров и люфтов. Как бы детали не изнашивались и не разбалтывались, они всегда будут оставаться плотно пригнанными и для воздействий, не превосходящих силы F1 - очень жесткими.

Можно представить пьезоэлектрические, пневматические и гидравлические устройства с подобными функциями, но нужен именно материал.

Форумы: 

Re: Чудо-материал

MNTC wrote:
Надо изобрести материал, который в некоторых пределах ведет себя как механический диод (хотя бы по одной оси).

То есть когда его расширению препятствует сила меньше некоторого значения F1, он расширяется (хотя бы до 5-10%). Но обратно сжиматься он уже не станет, пока на него не подействуют на порядки большей силой F2.


Задача любопытная. Давайте уточним, что именно требуется от материала.
Опишите алгоритм его поведения в рабочих условиях.
Пока звучит не очень четко - этот тезис относительно того, что он расширяется, когда не действует сила - он выглядит как-то туманно. Что с ним происходит в ненагруженном состоянии? Видимо, он находится с самого начала уже в расширенном состоянии (на 10-15%)? Потом его заневоливают с помощью большой силы (и он сживается на 10-15 %) и фиксируют? И он готов отрабатывать люфты... Так? Или как-то иначе?

Re: Чудо-материал

Изображение пользователя MNTC.

Нет, сначала он в сжатом состоянии и когда есть куда расширяться - расширяется, заполняя пространство. Но потом уже не сжимается (разве что при запредельных нагрузках).

Как храповик, котрый в одну сторону крутится, а в другую - нет.

Материал может быть одноразовым.

Re: Чудо-материал

А когда он только выпущен и еще лежит в коробке - он тоже должен быть в сжатом состоянии? Я хочу понять полный цикл его изменений.

Re: Чудо-материал

Изображение пользователя AlexeyF.

MNTC wrote:

Нет, сначала он в сжатом состоянии и когда есть куда расширяться - расширяется, заполняя пространство. Но потом уже не сжимается (разве что при запредельных нагрузках).

Если я правильно понял задачу, данный материал должен проявлять противоречивые свойства в разные моменты времени. Следовательно, можно попытаться разнести эти противоречивые свойства во времени. Например, перед запрессовкой в механизм материал нагреть, а потом охладить.

Я правильно понял задачу?

Re: Чудо-материал

Изображение пользователя MNTC.

Сначала материал хранится в сжатом состоянии. Удержать его в этом состоянии не требует большой силы. Например он может поставляться в виде пластинок, зажатых между двумя тонкими металлическими листами с помощью винтов.

Потом кусочек устанавливается в нужное место, винты снимаются и он распирает пластинки занимая доступный (относительно небольшой) объем. А вот обратно уже не сжимается, даже если на него надавить.

Материал проявляет свои свойства на протяжении всего периода работы изделия. Вследствие износа или коррозии люфт будет потихоньку расти, и материал должен все так же необратимо его заполнять. (поэтому термическое расширение тут не подойдет)

Лучше всего обойтись вообще без винтов а как-то отключать расширение материала до установки в устройство. Тогда бы он мог выпускаться в виде скотча или профиля.

Re: Чудо-материал

MNTC wrote:
Сначала материал хранится в сжатом состоянии. Удержать его в этом состоянии не требует большой силы. Например он может поставляться в виде пластинок, зажатых между двумя тонкими металлическими листами с помощью винтов.

Потом кусочек устанавливается в нужное место, винты снимаются и он распирает пластинки занимая доступный (относительно небольшой) объем. А вот обратно уже не сжимается, даже если на него надавить.
...
Лучше всего обойтись вообще без винтов а как-то отключать расширение материала до установки в устройство. Тогда бы он мог выпускаться в виде скотча или профиля.


Вот и меня смущает необходимость предварительного заневоливания. Понимаю, что винты - это такой образ, но он сильно колеблет очарование от этой идеи - поставить между двумя поверхностями специальный компенсационный элемент, а потом как-то ухитриться снять его собственный крепеж...
Видимо нужен иной путь - например предложенный Алексеем: обеспечение "взвода" материала после его установки на место.
В предположении, что такой материал есть, мы получаем самостоятельную задачу. Мы называем такие задачи вторичными, так как они являются порождением предыдущих решений. Должен отметить, что цепочки последовательно решаемых задач бывают и довольно длинными. Самое важное - уметь их видеть (чтобы не пришлось их решать в аварийном режиме в процессе сдачи работы заказчику).

Re: Чудо-материал

В последней "Компьютерре" (от 13.05.08, №18, стр 17) есть заметка.

Quote:
"Необычную бумагу из свитых углеродных нанотрубок предложили ученые из Техасского университета... Вместо того, чтобы при растяжении сжиматься в поперечном направлении, как все нормальные материалы, она, наоборот, расширяется.
Такие странные материалы, называемые ауксетиками, встречались ученым и раньше среди горных пород, живых тканей и пластиков, но крейне редко. В их сложной внутренней структуре обычно было что-то похожее на ножницы или раздвижную решетку, что и являлось причиной необычного поведения".

Это уже очень похоже на то, что нам нужно.
Вот ссылочка с краткими разьяснениями по теме:
http://compmechlab.ru/modules.php?name=News&file=print&sid=1238

Re: Чудо-материал

Изображение пользователя MNTC.

Хорошо - пусть будет материал, котрый сначала сжат но не активен (не расширяется), а после установки на место неким образом активируется.

Материал из нанотрубок хороший но не это важно сейчас. Важен метод решения таких задач. Может быть придумать механическое решение а потом перенести его на микроуровень? Или как?

Дело в том что я давно пытаюсь понять как ТРИЗ соотносится с нанотехнолгиями. Недавно поднятый вопрос "что было бы действительно удачным коммерческим применением нанотехнологий?" навел на следующую мысль.

Все что сегодня называют нанотехнологиями, с точки зрения ТРИЗ лежит на пересечении тенденций "перехода на микроуровень", "дробления рабочего органа", и "перехода от системы к полисистеме". Наночастицы, нанофабрика, нанокомпьютер, наноматериалы, нанороботы - все это примеры полисистем, раздробленных до микроуровня.

То есть сначала мы берем какую-то макроскопическую систему (например электропривод) а затем осуществляем ее на микроуровне (электрострикционная молекула) в большом количестве (полисистема молекул) и получается "наноматериал" или "умный материал" - искусственная мышца.

Перспективность нанотехнологий во многом обусловлена тем, что выгоды дробления, перехода на микроуровень и к полисистеме умножаются и усиливают друг друга, а также создают плацдарм для применения других мощных линий развития (повышение управляемости, динамичности, согласованности и др.), тем самым значительно повышая идеальность технической системы, иногда в тысячи и миллионы раз.

Элементы полисистемы могут быть однородными (фотонный кристалл из наносфер диоксида кремния), со сдвинутыми характеристиками (матрица биосенсоров, реагирующих на разные функциональные группы), разнородными (многослойное функциональное покрытие) или инверсными (гетероструктура из чередующихся слоев с противоположными свойствами).

Иногда единичный нанообъект может имет ценность как самостоятельный продукт (например исследовательский прибор или робот-шпион), но если речь идет о коммерчески выгодном продукте, то производиться он должен так же в составе большого массива (т.е. полисистемы).

Таким образом коммерческие продукты нанотехнологии - это полисистемы из огромного количества микрообъектов. Последовательно производить триллионы триллионов таких объектов можно, но малоэффективно. Поэтому можно предположить, что будущее нанотехнологий - за системами параллельного производства больших количеств микрообъектов.

Сегодня это успешно реализовано для простейших однородных полисистем - в методах синтеза наночастиц, нанотрубок, фуллеренов и пр. Для производства сдвинутых, инверсных и разнородных полисистем пока применяются последовательные методы и поэтому число различающихся упорядоченных элементов в них относительно невелико.

Из этих соображений видно, что не случайно глобальными задачами нанотехнологии являются ассемблер (универсальное устройство для последовательного создания моносистем на микроуровне), нанофабрика (универсальное устройство для параллельного создания полисистем на микроуровне) и то что мы называем "умным туманом" или "активной материей" (универсальная полисистема на микроуровне).

Таким образом, нанотехнология - это свертывание различных систем на микроуровень, замена технических систем умными материалами. Сложность систем переносится на микроуровень, а на макроуровне они упрощаются.

С практической точки это значит, что надо учиться проектированию микрообъектов с заданными свойствами, а также последовательному (а затем и параллельному) массовому производству однородных (а затем и неоднородных) микрообъектов.

Re: Чудо-материал

MNTC wrote:
Хорошо - пусть будет материал, котрый сначала сжат но не активен (не расширяется), а после установки на место неким образом активируется.

Материал из нанотрубок хороший но не это важно сейчас. Важен метод решения таких задач. Может быть придумать механическое решение а потом перенести его на микроуровень? Или как?


Сегодня это наиболее распространенный путь. Если посмотреть, что пытаются сделать с нанообъектами для реализации требуемых функций, то в глаза бросается именно такой подход - делают из молекул какие то колеса, нанизывая одни молекулы на другие, и тд, и тп.
Думаю, что это пока и это от того, что сами по себе подобные устройства скорее носят характер демонстрационный, подтверждающий умение с этими молекулами оперировать. Но реальные наномашины будут, конечно, выполнены на другом принципе.
MNTC wrote:

С практической точки это значит, что надо учиться проектированию микрообъектов с заданными свойствами, а также последовательному (а затем и параллельному) массовому производству однородных (а затем и неоднородных) микрообъектов.

Помнится, мы в конце восьмидесятых годов собирали базу физэффектов, обнаружилось около семи тысяч оригинальных, и только треть из них была из макромира. Так что впереди большая работа по освоению совершенно новой физики и совершенно новых реализаций требуемых нам функций.
Но пока поработает и принцип копирования, переноса макроспособов на микроуровни. Вот как в приведенном мною примере - есть на макроуровне решетки, изменяющие свои параметры особым образом, это же синтезируется и на микроуровне.

Re: Чудо-материал

Изображение пользователя serg1.

Уважаемый MNTC, задача-то весьма интересная, а собс-но откуда она взялась - т.е. заказчик на это какой-то есть, или так просто интересно.
В принципе, наиболее близкий прототип - материал с памятью формы. Однако сам пока не работает- требует некоего дивайса для его активации (обычно нагревом).

Re: Чудо-материал

Изображение пользователя MNTC.

Задача скорее учебная, но мы должны довести ее решение до функционирующего образца.

Давайте что ли составим противоречие.

Re: Чудо-материал

Для противоречия прототип нужен. Выбирайте прототип, какой удобнее, будем над ним эксперименты проводить.

Re: Чудо-материал

Изображение пользователя serg1.

MNTC wrote:
Задача скорее учебная, но мы должны довести ее решение до функционирующего образца.

А что уж тогда в качестве учебной задачи ( с доведением ло функц....) не взять чудо- материал, экранирующий гравитацию
:-))), или создающий невидимость???

2АК Прототип предлагал.

Re: Чудо-материал

Есть такой материал! И известен он не одну тысячу лет.
Это дерево! В сухом состоянии – компактный легкий брусок, а намочил его - получи мощный домкрат. Ход небольшой, но камни раскалывает.
Разумеется, это и прототип и неплохая идея для искомого решения. Наверняка можно подобрать иной волокнистый или гранулированный материал и жидкость, которые вместе, при разумной конструкции, будут работать нужным образом. Дозируй жидкость и получит требуемый прирост объема (толщины или высоты) рабочего тела. А ведь есть и другие идеи…

Re: Чудо-материал

Изображение пользователя MNTC.

Gennady Kizevich wrote:
Есть такой материал! И известен он не одну тысячу лет.
Это дерево! В сухом состоянии – компактный легкий брусок, а намочил его - получи мощный домкрат. Ход небольшой, но камни раскалывает.
Разумеется, это и прототип и неплохая идея для искомого решения. Наверняка можно подобрать иной волокнистый или гранулированный материал и жидкость, которые вместе, при разумной конструкции, будут работать нужным образом. Дозируй жидкость и получит требуемый прирост объема (толщины или высоты) рабочего тела. А ведь есть и другие идеи…

Да - отличный прототип! Дерево лучше чем наноматериал в качестве прототипа, так как мы его всегда можем найи под рукой для эксперимента, да и оно дешевле и ближе к практике.

Осталось только добиться, чтобы жидкость впитывалась в дерево при ослабевании на него нагрузки. а потом уже обратно не выпитывалась. Противоречие получается вполне себе приземленное:

Жидкость должна впитываться в дерево по мере ослабевания нагрузки.

Жидкость должна соприкасаться с сухими участками дерева при низкой нагрузке на него.
Жидкость не должна соприкасаться с сухими участками дерева при высокой нагрузке на него.

Хорошо бы если дерево в сжатом состоянии хуже пропускало жидкость внутрь себя. Тогда бы оно само решало это противоречие.
Надо проверить - может это так и есть. останется только жидкость по дереву расфасовать.

Re: Чудо-материал

Изображение пользователя MNTC.

serg1 wrote:

А что уж тогда в качестве учебной задачи ( с доведением ло функц....) не взять чудо- материал, экранирующий гравитацию
:-))), или создающий невидимость???

Ну надо же идти от простого к сложному! :-)

Re: Чудо-материал

Вот еще одна неплохая идея:
Постройка или перестройка кристаллической решетки Х-материала под действием Y-фактора.
Выглядит довольно абстрактно, но при некотором упорстве такой материал и такой фактор (воздействие, поле) можно найти.

И вот вам пример из раздела “Стоматологические материалы”:
Te-Econom - мелкозернистый гибридный композит, отвердевающий под действием света с длиной волны в диапазоне 400-500 нм (синяя часть света галогеновой лампы)...

Итак, вещество отвердевающее под действием света. Не дешево, но это почти решение.

Буду рад узнать о Ваших идеях.

Подберем еще пару примеров и предложим это как проект изобретательского стандарта. :)

Re: Чудо-материал

Изображение пользователя MNTC.

Еще пример - пьезоэлемент под током, который сам же служит и тензодатчиком. Или на худой конец двуслойно - пьезоэлемент и датчик давления,способные поддерживать заданную силу прижатия.

Re: Чудо-материал

Александр Кудрявцев wrote:
Для противоречия прототип нужен. Выбирайте прототип, какой удобнее, будем над ним эксперименты проводить.

А допустим, гайка. Вот ее навинтили, затянули. А потом, брык, - люфт появился. И гайка сама себя стопорит. Чем больше зазор, тем сильнее стопор.
Э?

Re: Чудо-материал

serg1 wrote:

А что уж тогда в качестве учебной задачи ( с доведением ло функц....) не взять чудо- материал, экранирующий гравитацию

Не экранировать! А вбирать, переключать на себя.

Subscribe to Comments for "Чудо-материал"