2019-08-01 10:42:01
在复杂的气泡排列中优化结构

虽然模仿泡沫状气泡布置的结构重量轻且构造便宜,但它们也非常稳定。例如,覆盖标志性的北京水上运动中心的气泡各自具有相同的体积,但是以最小化结构总面积的方式布置 - 优化建筑物的构造。现在很好地理解了这种行为背后的数学,但如果气泡的面积不相等,情况就会变得更加复杂。最终,这使得关于如何最小化总表面积或2-D边缘长度或“周长”以优化结构稳定性的一般性陈述变得更加困难。

在欧洲物理杂志E发表的新研究中,英国阿伯里斯特威斯大学的弗朗西斯·海德利和西蒙·考克斯探讨了如何将两个不同区域的不同数量的2-D气泡排列在圆盘内,以最小化其周长。

通过使用多达十个气泡的计算机模拟,二人组研究了如何优化气泡的形状,同时遵守气泡形成的数学定律。他们的工作可以为复杂泡沫状结构的新设计铺平道路,这种结构比以前的设计更强大,更便宜。它还可以提供对一般物理定律的新见解,这些定律管理具有不同区域的气泡的最佳布局。为了得出这些结论,Headley和Cox指出了大量总泡沫的复杂性如何迅速增加;虽然可以以20种不同的方式排列五个气泡,但总共有314,748个结构可用于十个气泡。

Headley和Cox使用先进的软件计算了他们的最佳气泡排列,以找出每个面积比率的最低气泡周长排列。对于每个数量的气泡,他们最终确定在某些面积比范围内具有最小周长的结构的数量随着气泡数量的增加而增加,因此面积比的范围产生具有最小周长的特定气泡结构。变窄了。

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