PNEU
МАРШ — Технологии. ВА2 2020-2021.
Дарья Андреева, Эрик Дорин, Полина Кропачева, Катя Новосельцева, Илья Пигарев, Татьяна Цаплина, Арина Червякова
Преподаватели: Д. Ковалева, В. Грудский, В. Веремчук
Куратор: И. Томович
Дарья Андреева, Эрик Дорин, Полина Кропачева, Катя Новосельцева, Илья Пигарев, Татьяна Цаплина, Арина Червякова
Преподаватели: Д. Ковалева, В. Грудский, В. Веремчук
Куратор: И. Томович
Слово pneu, уже с самого начала звучащее в качестве заголовка нашего исследования, обозначает все те важные вопросы, на которые мы старались ответить в своих разнообразных и многочисленных экспериментах. Работа и изучение различных ипостасей пневматических структур позволила понять эту, кажущуюся на первый взгляд привычной и тривиальной, разновидность лёгких конструкций, а вместе с тем и все те тонкости, ставшие для нас инструментом преобразования примитивных принципов в более усложнённые системы.
ПРИНЦИП PNEU
Если предельно упростить пневматический принцип, то мы получим аксиому в виде гибкой и устойчивой к растяжению оболочки, заполнителя и окружающей среды (оболочка — заполнитель — среда).
Оболочка и заполнитель совместно со средой составляют единую конструктивную систему, способную поглощать внутренние и внешние силы. Если наполнителем является, например, воздух, то давление внутри оболочки стремится к равномерному распределению на каждом участке замкнутого объёма. Когда же система достигает равномерного распределения внутреннего давления и натяжения оболочки, её несущая способность становится довольно-таки конкурентоспособной во всех видах нагрузок.
Если предельно упростить пневматический принцип, то мы получим аксиому в виде гибкой и устойчивой к растяжению оболочки, заполнителя и окружающей среды (оболочка — заполнитель — среда).
Оболочка и заполнитель совместно со средой составляют единую конструктивную систему, способную поглощать внутренние и внешние силы. Если наполнителем является, например, воздух, то давление внутри оболочки стремится к равномерному распределению на каждом участке замкнутого объёма. Когда же система достигает равномерного распределения внутреннего давления и натяжения оболочки, её несущая способность становится довольно-таки конкурентоспособной во всех видах нагрузок.
ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ В АРХИТЕКТУРЕ
В послевоенное время идея пневматических конструкций стала особенно популярной. Группа Ant Farm, состоящая из 3 архитекторов вдохновилась Идеей создания абсолютно легкой и свободной прозрачной оболочки в которой люди смогут жить, или даже
выращивать растения.
В послевоенное время идея пневматических конструкций стала особенно популярной. Группа Ant Farm, состоящая из 3 архитекторов вдохновилась Идеей создания абсолютно легкой и свободной прозрачной оболочки в которой люди смогут жить, или даже
выращивать растения.
Inflatables by Ant Farm, California, 1970
ПОИСКОВЫЕ МОДЕЛИ
Целью экспериментов было научиться контролировать пневматические структуры.
Мы начали работу с определения направлений исследований от простых пневматических структур (шарики, сетки) до более сложных и совмещенных. На каждое из направлений мы произвели ряд экспериментов, всего их собралось около 100. С усложнением экспериментов, совершенствовались и технологические особенности изготовления. Это стало отдельной задачей для экспериментов с разными материалами и инструментами.
Целью экспериментов было научиться контролировать пневматические структуры.
Мы начали работу с определения направлений исследований от простых пневматических структур (шарики, сетки) до более сложных и совмещенных. На каждое из направлений мы произвели ряд экспериментов, всего их собралось около 100. С усложнением экспериментов, совершенствовались и технологические особенности изготовления. Это стало отдельной задачей для экспериментов с разными материалами и инструментами.
ПРИНЦИП СКЛАДКИ
Далее мы поняли, что можем видоизменять форму выкроек и методы их соединения. В частности, мы определили, что конструкция, сшитая из двух неравномерных по длине половин может принять вид арки, а при масштабировании такой конструкции человек может пройти под ней. Одним из первых методов получения арки стал принцип «складки». На одной из плоскостей используется большее количество материала, таким образом при надувании форма изгибается. Примеры применения такого принципа можно увидеть здесь.
Далее мы поняли, что можем видоизменять форму выкроек и методы их соединения. В частности, мы определили, что конструкция, сшитая из двух неравномерных по длине половин может принять вид арки, а при масштабировании такой конструкции человек может пройти под ней. Одним из первых методов получения арки стал принцип «складки». На одной из плоскостей используется большее количество материала, таким образом при надувании форма изгибается. Примеры применения такого принципа можно увидеть здесь.
ПРИНЦИП РОМБА
Также для контроля формы конструкции можно ипользовать принцип спаек в форме ромбов. В зависимости от пропорций и раскрытия ромба меняется и угол изгиба при надувании. Примеры применения этого принципа можно увидеть здесь.
Также для контроля формы конструкции можно ипользовать принцип спаек в форме ромбов. В зависимости от пропорций и раскрытия ромба меняется и угол изгиба при надувании. Примеры применения этого принципа можно увидеть здесь.
ЦИФРОВОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Поведение пневматических конструкций поддается достаточно точной симуляции в цифровой среде. Для этого мы использовали Rhino/Grasshopper и плагин Kangaroo Physics, в котором с помощью масс-пружинных моделей симулировали поведение пневматических конструкций с неравномерными ромбами.
Поведение пневматических конструкций поддается достаточно точной симуляции в цифровой среде. Для этого мы использовали Rhino/Grasshopper и плагин Kangaroo Physics, в котором с помощью масс-пружинных моделей симулировали поведение пневматических конструкций с неравномерными ромбами.
Цифровое формообразование пневматических конструкций в Kangaroo Physics
МАСШТАБИРОВАНИЕ. АРКА
Одним из экспериментов была арка, 4 метра в длину. Мы сделали систему из разных ромбов, определили очередность и степень их раскрытия. Определив принцип и порядок расположения ромбов, мы сделали половину арки, чтобы удостовериться в выбранном нами методе. Эксперимент был удачным, конструкция держала форму и давление без помощи компрессора.
Одним из экспериментов была арка, 4 метра в длину. Мы сделали систему из разных ромбов, определили очередность и степень их раскрытия. Определив принцип и порядок расположения ромбов, мы сделали половину арки, чтобы удостовериться в выбранном нами методе. Эксперимент был удачным, конструкция держала форму и давление без помощи компрессора.
ФИНАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ
Конструкция представляет собой 5 камер общей площадью 30.8 м2, которые разделены шестисантиметровым швом и сообщаются через интегрированные торцевые камеры. На ее создание нам понадобилось 38 часов работы. Много времени ушло на то, чтобы отмерить и сложить необходимое количество материала. Сначала мы спаяли 2 листа материала по периметру, затем приступили к спайке 36 ромбов. В финальной конструкции используется ортогональное расположение осей ромбов. Мы специально избегали «острых» углов и скругляли ромбы по форме так, чтобы уменьшить натяжение материала и избежать дыр.
Конструкция представляет собой 5 камер общей площадью 30.8 м2, которые разделены шестисантиметровым швом и сообщаются через интегрированные торцевые камеры. На ее создание нам понадобилось 38 часов работы. Много времени ушло на то, чтобы отмерить и сложить необходимое количество материала. Сначала мы спаяли 2 листа материала по периметру, затем приступили к спайке 36 ромбов. В финальной конструкции используется ортогональное расположение осей ромбов. Мы специально избегали «острых» углов и скругляли ромбы по форме так, чтобы уменьшить натяжение материала и избежать дыр.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Итоговая конструкция показала верность выбранного подхода, материалов, технологии и структурного метода. Вся конструкция обошлась довольно таки дёшево в сравнении с более трудозатратными тяжёлыми и дорогими конструкциями других групп. Транспортировка не вызывает никаких проблем, скорость производства, будь она автоматизирована, затрачивала бы считанные часы, а общая стоимость опустилась бы ещё ниже.
Итоговая конструкция показала верность выбранного подхода, материалов, технологии и структурного метода. Вся конструкция обошлась довольно таки дёшево в сравнении с более трудозатратными тяжёлыми и дорогими конструкциями других групп. Транспортировка не вызывает никаких проблем, скорость производства, будь она автоматизирована, затрачивала бы считанные часы, а общая стоимость опустилась бы ещё ниже.
Так как мы были ограничены в ресурсах и возможностях заказа материалов, это повлияло и на качество финальной конструкции. Несмотря на то, что она показывает убедительную стойкость, давления в системе по прежнему не хватает. Дело в том, что каждое новое масштабирование нуждалось и в последовательном эволюционировании материалов и инструментов. Материал должен был бы стать много толще, следовательно, утюги должны были бы работать на ещё более высоких температурах, а компрессор должен был бы поднять структуру ещё большего веса.
ЛИТЕРАТУРА
IL 9 Pneus in Natur Und Technik. Universität Stuttgart, and Eda Schaur
IL 12 Convertible Pneus. Universität Stuttgart, and Eda Schaur
IL 19 Growing and Dividing Pneus. Universität Stuttgart, and Eda Schaur
IL 35 Pneu and Bone. Universität Stuttgart, and Eda Schaur
Ермолов, В. В., У. У. Берд, and Э. Бубнер. "Прошлое, настоящее и будущее пневматических строительных конструкций." Пневматические строительные конструкции.-М.: Стройиздат (1983)
Ou, Jifei, et al. «aeroMorph-heat-sealing inflatable shape-change materials for interaction design.» Proceedings of the 29th Annual Symposium on User Interface Software and Technology. 2016
IL 9 Pneus in Natur Und Technik. Universität Stuttgart, and Eda Schaur
IL 12 Convertible Pneus. Universität Stuttgart, and Eda Schaur
IL 19 Growing and Dividing Pneus. Universität Stuttgart, and Eda Schaur
IL 35 Pneu and Bone. Universität Stuttgart, and Eda Schaur
Ермолов, В. В., У. У. Берд, and Э. Бубнер. "Прошлое, настоящее и будущее пневматических строительных конструкций." Пневматические строительные конструкции.-М.: Стройиздат (1983)
Ou, Jifei, et al. «aeroMorph-heat-sealing inflatable shape-change materials for interaction design.» Proceedings of the 29th Annual Symposium on User Interface Software and Technology. 2016
Ant Farm, Inflatocookbook, Mock-up. Ant Farm, 1970
Phil Ayers, et al. Inflated Restraint
Schaur, Eda, and Universität Stuttgart, editors. Pneus in Natur und Technik =: Pneus in nature and technics. Krämer, 1977
Huijben, F., F. Van Herwijnen, and R. Nijsse. «Vacuumatics 3D-formwork systems: customised free-form solidification.» Structural Membranes (2009): 1-4
Velikov, Kathy, Geoffrey Thun, and Mary O'Malley. «PneuSystems: cellular pneumatic envelope assemblies.» (2014)