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蜂窩紙材料的由來
發布日期:2017/3/15 10:34:59
什麽是 ?
蜂窩材料是人類利用仿生學原理從蜜蜂建築蜂巢的結構機理中
,把無數個正六邊形對接結構借鑒模仿形成的一種輕質高強度複合材料。蜜蜂所做的六角六麵狀蜂窩是一個傑作
,它以最少的材料消耗
,構築成極為堅固的蜂窩
,其結構要比其他任何形狀的結構更強有力
。因為這種多牆麵的排列和一係列連續的蜂窩形網狀結構
,可以分散承擔來自各方的外力
,使得蜂窩結構對擠壓力的抵抗能力
,比任何圓形或正方形要高得多
。科學家對蜂窩結構的研究
,給人們的啟迪是
,即使非常纖薄的材料
,隻要把它製成蜂窩形狀
,就能夠承受很大的壓力
。正是受到蜂巢的啟發
,蜂窩結構材料才開始麵世的
。
雖然蜂窩是一個三維體建築
,但每一個蜂窩都是六麵柱體
,而蜂蠟牆的總麵積僅與蜂巢的截麵有關
。經過長期的觀察和分析
,人們發現蜜蜂蜂巢是一座十分精密的建築工程
,其大小剛好可以容納一個蜜蜂幼蟲
。蜜蜂建巢時
,青壯年工蜂負責分泌片狀新鮮蜂蠟
,每片隻有針頭大小
。而另一些工蜂則負責將這些蜂蠟仔細擺放到一定的位置
,以形成豎直六麵柱體
。每一麵蜂蠟隔牆厚度不到0.1毫米
,誤差隻有0.002毫米
。六麵隔牆寬度完全相同
,牆之間的角度正好是120度
,形成一個完美的正六邊形幾何圖形
。
早在一千六百多年前
,古希臘數學家佩波斯就提出了著名的“蜂窩猜想”
,認為蜂窩的優美形狀是自然界最有效勞動的代表
。他當時認為
:人們所見到的
、截麵呈六邊形的蜂窩
,是蜜蜂采用最少量的蜂蠟建成的
,這一猜想當時無法用更精確的方法證實
,但現在已被證實該猜想是非常準確的
。
由此引出了一個數學問題
,即尋找麵積最大
、周長最小的平麵圖形
。1943年
,匈牙利數學家陶斯巧妙地證明
,在所有首尾相連的多邊形中
,正六邊形的周長是最小的
。陶斯的證明更加肯定的應證了正六邊形蜂窩結構是大自然物競天擇的自然選擇
,它代表了自然界最有效勞動的天然成果
。
受大自然蜂巢結構的啟迪
,人們創造性地發明了各種蜂窩結構技術和產品
,他們具有結構穩定
、用料省
、覆蓋麵廣
、強度高和質量輕等眾多優點
,其中蜂窩材料是至今為止已知的最節省材料
、具有最大強度重量比的輕質高強結構材料
。
從力學角度分析
,封閉的六角等邊蜂窩結構相比其它結構
,能以最少的材料獲得最大的受力。蜂窩材料以其極佳的抗壓
、抗彎特性和超輕型結構特征而聞名於世
。對於蜂窩結構板材
,當它受力於垂直載荷時
,其彎曲剛度與同材料
、同厚度的實心板材相差無幾
,甚至更高
,但其重量卻輕70-90%
,而且不易變形
,不易開裂和斷裂
,並具有減震
、隔音
、隔熱和極強的耐候性等優點
。從力學角度分析
,封閉的等六邊蜂窩結構是最穩定的
,具有以最少材料獲得最大受力的特點
。
關於蜂窩結構這一大自然的傑作在日常生活中隨處可見
,例如街頭路邊鋪設的正六邊形水泥磚類似蜂窩狀的路麵
,機器設備上緊固零件用的正六邊形螺絲帽等都是模仿蜂窩結構的設計
。還有如移動通信行業常說的蜂窩網絡
,就是把移動電話的服務區分為一個個正六邊形的子區
,每個小區設一個基站
。形成了形狀酷似“蜂窩”的結構
,蜂窩網絡被廣泛采用的原因正是源於“蜂窩猜想”
,正六邊形被認為是使用最少個結點可以覆蓋最大麵積的圖形
,出於節約基站建設成本的考慮
,正六邊形是最好的選擇
。這樣形成的網絡覆蓋在一起
,形狀非常象蜂窩
,因此被稱作蜂窩網絡
。
蜂窩材料麵世六十多年來
,在航空航天領域
、家具製造
、物流交通
、建築等行業得到了廣泛的運用
。
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