Владимир Петров - Законы развития систем

Графически тенденция перехода к капиллярно-пористым материалам (КПМ) представлена на рис. 7.118.

— Сплошное вещество, твердое (1)или эластичное (2).

— Вещество с одной полостью — полость с оболочкой ( A).

— Вещество со многими полостями(ячейками) перфорированное вещество или полость, разделенная перегородками (B).

— Капиллярно-пористое вещество — КПМ (C).

— КПМ на микроуровне (D) — на схеме обозначены как µКПМ.

Рис. 7.118. Переход к капиллярно-пористым материалам (КПМ)

Где

1 — монолит в твердом состоянии;

2 — монолит в гибком состоянии;

A — вещество с одной полостью;

B — вещество со многими полостями;

B — вещество со многими полостями;

C — КПМ;

D — µКПМ;

КПМ — капиллярно-пористый материал;

µКПМ — микро КПМ

На этапах A и Bиспользуются макрополости, а на Cи D — капилляры.

Отличие этапов A от Bи Cот Dв размерах полостей и капилляров , соответственно.

Разметы полостей от этапа ( A) могут быть сотни метров, десятки метров до метра. На этапе ( B) размеры ячеек измеряются десятками сантиметров, сантиметрами или миллиметрами, но не метрами.

Переход от состояния 1 (2)к A, как правило, идет скачком .

Переходы от A к B, от Bк Cи от Cк Dосуществляется постепенно . Переход от A к Bпоказан на рис. 7.119.

A1 — вещество с однойполостью,

A2 —вещество с двумяполостями,

A3- A4 —вещество со многимиполостями,

В —вещество со многими маленькимиполостями.

Рис. 7.119. Закономерность дробления полости

Общая закономерность при движении от A к Dи на каждом этапев отдельности: количество полостей увеличивается , а их размеры уменьшаются .

Пример 7.171. Корабль.

Сначала корабль представляли собой только одну емкость, затем, для увеличения жизнеспособности корабля появились переборки, которые разделили корпус корабля на отдельные водонепроницаемые отсеки. При затоплении одного отсека корабль не тонул, сохраняя свою живучесть. Количество переборок увеличивалось (рис. 7.120). Аналогично развивались подводные лодки и аэростаты.

Рис. 7.120. Переборки в корпусе корабля

Управление капиллярно-пористыми материалами (КПМ)в процессе их использования осуществляется по следующей закономерности (рис. 7.121).

— Полость.

— Структурированная полость(полость, имеющая определенную структуру) .

— Полость,заполненная веществом.

— Воздействие на введенное в полость вещество полями с использованием различных технологических эффектов ТЭ (физических, химических, биологических и геометрических).

Рис. 7.121. Управление капиллярно-пористыми материалами (КПМ)

Где

# — структура полости;

В — вещество;

ТЭ — технологический эффект.

Эта закономерность характерна для каждого из этапов A — D.

Структурирование , заполнение веществом и использование технологических эффектов возможны для любых размеров и любого количества полостей, в том числе и одной .

Структурированиеполостей осуществляется:

— созданием перегородок определенной формы;

— созданием ячейки определенной формы, из которых собирается общая структура.

Структура полостей (ее форма) определяется функцией, которую должен выполнять данный материал или конструкция.

Например, для функции устойчивость, часто делают перегородки в форме треугольников, пятиугольников, шестиугольников, кругов, их частей или других геометрических фигур. Наиболее часто встречаются полости в форме гиперболического параболоида, эллипсоидов, сфер и полусфер, конусов, сотовых конструкций.

Эти формы могут использоваться и для других функций.

Структурирование вещества для этапа А4.

Пример 7.172. Подводные лодки для больших глубин.

Для опускания на большие глубины использовали батисферы. Сферическая форма наиболее устойчива к большим нагрузкам.

Подводная лодка АС-12 предназначена для погружения на очень большие глубины. Ее корпус представляет собой несколько сопряженных между собой сферических оболочек из титана

(рис. 7.122). Такой корпус способен выдержать большее гидростатическое давление, чем цилиндрический той же массы.

Во время постройки лодку неофициально окрестили Лошариком. 342

Рис. 7.122. Схема подводной лодки АС-12

Пример 7.173. Строительные конструкции.

Сотовые конструкции используются во многих областях строительства и техники. Из них делают перегородки, несущие конструкции и т. д. Такие конструкции достаточно прочные и легкие. Известны теплоизоляторы, выполненные в виде сотовых, сферических и эллипсоидных конструкций.

Часто для получения большей прочности используют и принцип усиления материала по линиям главных напряжений .

Пример 7.174. Усиление материалов.

Усиление материала по линиям главных напряжений — принцип «подсмотренный» у природы. Так, например, устроены листья растений.

Структурирование полостей используется в строительстве с древних времен. Наибольшее распространение оно имеет сейчас при строительстве спортивных комплексов, выставочных павильонов и т. п. Основное качество современных покрытий — легкость, и чем больше пролет, тем легче купол. В современных постройках толщина купола измеряется миллиметрами, и получили такие купола название оболочек-скорлуп.

Структурирование вещества для этапа D.

Пример 7.175. Поры кристаллов вместо колбы.

Исследователи из Университета Токио получили комплекс, который кристаллизуется в виде твердого пористого вещества. Было обнаружено, что вещества, в том числе и обладающие существенным большим стерическим объемом, могут легко диффундировать внутрь пор, оставаясь подвижными для реакции с субстратами, связанными с материалом пор.

По словам исследователей, поры нового материала представляют собой молекулярную «пробирку». Образующийся в этой «пробирке» продукт реакции может быть проанализирован методом рентгеноструктурного анализа непосредственно в ней же.