Учен патентова изобретение, което може да намали щетите от земетресения

Новопатентовано устройство може да защити важна инфраструктура от най-лошите последици от земетресения, бури и дори изкуствени бедствия, разсейвайки енергията чрез лесна за използване и евтина система.

През декември Службата за патенти и търговски марки на САЩ одобрява устройство, което е описано като енергийно независимо решение за защита на сгради по време на бедствия. Устройството е изобретено от професор Муса Леблуба (Moussa Leblouba), професор по строително инженерство в Университета в Шарджа, ОAE, и се състои от кух цилиндър, пълен със стоманени топки, с къси пръти, простиращи се от централен вал като клони на дървета.

Смекчават се опасностите от земетресенията

"Земетресенията, силните ветрове и дори ежедневните вибрации от влакове или машини могат да причинят сериозни щети на сгради, мостове и чувствително оборудване", обяснява изобретателят професор Муса Леблуба. "Традиционните решения на този проблем, като например амортисьори на флуидна основа или деформируеми метални устройства, често са скъпи, склонни към течове или трайна деформация и обикновено изискват пълна подмяна след едно голямо събитие."

Според Леблуба, настоящите технологии, предназначени за смекчаване на сеизмичните събития, са изправени пред значителни недостатъци. Основна слабост е, че тези устройства за смекчаване на напрежението често са свързани към електрически мрежи, които обикновено се повреждат по време на самите събития, които са предназначени да смекчат.

"Нашето устройство изобщо не се нуждае от захранване, то работи механично, чрез триене, то е пасивно", подчертава професорът.

"Когато прикрепената конструкция вибрира, валът се движи напред-назад вътре в цилиндъра, а прътите преминават през плътно опакованите топки", обяснява проф. Леблуба. "Триенето, генерирано между топките и прътите, абсорбира и разсейва вибрационната енергия."

Устройството се състои от кух цилиндър, пълен с твърди стоманени топки, и централен вал, снабден с къси пръти, които се простират навън като клоните на дърво. "Когато прикрепената конструкция вибрира, валът се движи напред-назад вътре в цилиндъра, а прътите се избутват през плътно опакованите топки.", обяснява проф. Леблуба. Кредит: Moussa Leblouba

Преосмисляне на подготовката за земетресение

Леблуба казва, че устройството е проектирано с фокус върху простотата, което го прави практично и лесно за употреба. Компонентите са евтини и често срещани – стоманени топки, пръти и вал – което позволява устройството лесно да се сглоби на място без задълбочени технически познания.

"Тъй като не изисква електрическа енергия, не може да бъде изведено от строя поради прекъсване на захранването по време на бедствието, на което е проектирано да издържи", коментира Леблуба. "Всеки компонент е поотделно може да се разглоби и смени, така че ако една част се повреди, не е нужно да се изхвърля цялото устройство."

В допълнение към своята простота, устройството е изключително универсално и може да поддържа широк спектър от конструкции и товари. Чрез регулиране на броя, размера и разположението на топките и прътите на устройството, то може да бъде фино настроено за приложения, вариращи от цяла сграда до единично научно оборудване.

"Това, което ме вълнува най-много, е простотата", посочва професорът. "Компонентите са обикновени: стоманени топки, вал и цилиндър, но начинът, по който работят заедно, е ефективен. В нашите тестове устройството постигна ефективно съотношение на затихване от около 14%, което е многообещаващо за чисто пасивна система."

"Едно от най-убедителните му предимства е, че може да се интегрира в съществуващи конструкции, тъй като не е необходимо да се проектира заедно със сградата от самото начало", добавя проф. Леблуба.

Простотата и използването на обикновени материали биха могли да направят устройството особено полезно в страните с ниски доходи. "Вярвам, че простотата и икономическата ефективност на устройството го правят особено привлекателно за внедряване в развиващи се региони с висок сеизмичен риск", казва Леблуба.

Технология с широкообхватни приложения

Особено в сеизмично активни и климатично уязвими райони, разсейването на енергията се е превърнало в съществен елемент в инженерството, но съществуващите решения често са скъпи и трудни за поддръжка. Устройството също така решава предизвикателствата, свързани с поддръжката, като автоматично се връща в първоначалната си форма, след като енергийното събитие отмине.

"Връща се в първоначалното си положение, след като трусовете спрат", твърди Леблуба. "Това е голямо предимство пред много метални амортисьори."

Въпреки че най-очевидното му приложение е на земята – защита на сгради, мостове и друга инфраструктура – ​​професор Леблуба вижда потенциални приложения и за намаляване на вибрациите, които засягат чувствителни електрически и комуникационни системи.

"Освен строителството, технологията може да се прилага и в превозни средства, самолети, аерокосмически превозни средства и кораби, за да се намалят нежеланите вибрации. Тя е подходяща и за защита на чувствителни научни инструменти и военно оборудване от удари и вибрации", обяснява проф. Леблуба.

От патент до практика

Надграждайки върху обещаващите ранни лабораторни резултати, проф. Леблуба сега се готви да премине от контролирани експерименти към по-реалистични тестови среди.

Към днешна дата системата е демонстрирала постоянна производителност при амплитуди на изместване от 1 до 5 милиметра, постигайки средна ефективна твърдост от приблизително 5 килонютона на милиметър – важен показател за устройства, предназначени да намалят структурните повреди по време на сеизмични събития.

Следващата фаза на разработка ще мащабира устройството за по-големи структурни приложения и ще го подложи на реалистично сеизмично натоварване, включително тестове на разклащаща се маса, използващи малки структурни модели. Успоредно с това, изследователският екип усъвършенства вътрешната конфигурация на устройството, за да оптимизира неговата производителност при различни експлоатационни условия.

"Следващата фаза на изследването ще се фокусира върху мащабирането на устройството за по-големи структурни приложения и тестването му при реалистични сеизмични условия на натоварване, включително тестове на разклащаща се маса с малки структурни модели", подчертава проф. Леблуба.

Той добавя, че екипът ще проучи вариациите в броя, позицията и формата на прътите, както и размера и материала на топките, за да подобри разсейването на енергия за специфични структури и сценарии на натоварване.

Справка:

Патент: https://patents.google.com/patent/US12498014B2/en 

Източник: 

Scientist patents invention that can reduce damage from earthquakes, Emenyeonu Ogadimma, University of Sharjah

Тhis Device Promises to Mitigate Earthquake Damage in the World’s Most Vulnerable Regions, The Debrief

Още по темата

31/07/2025

Технологии

От предпазване на пациентите до предвиждане на бедствия: изкуственият интелект надгражда ядрените технологии

25/04/2025

Земята

В земетръсна "опасна зона" ли сме? Нови данни оспорват досегашните за разломите при земетресения

05/04/2024

Физика

Как най-високият небостъргач в Тайван устоя на най-силното от 25 години земетресение (видео)

06/08/2015

Земята

Как се крепят "едва-едва балансиращи камъни" в земетръсни райони