Подвесные мосты, инженерные чудеса, которые пересекают обширные водные пути и соединяют сообщества, полагаются на часто упускаемый компонент для их структурной целостности: главный кабель.Эти массовые собрания, состоящий из тысяч отдельных стальных проводов,нести весь вес мостовой палубы и трафик нагрузки, часто превышающей сотни тысяч тонн, передавая эти силы на башни моста и якорные точки.

Недавние исследования, проведенные Национальной лабораторией Лос-Аламоса, сделали значительный прогресс в понимании того, как эти кабели распределяют напряжение внутри.Ученые выявили решающую роль трения между проводами в передаче напряжения..

Основные кабели представляют собой сложные композитные конструкции, а не простые проволочные пучки.Их ядро состоит из плотно упакованных оцинкованных проволочных нитей, расположенных в шестиугольные узоры для оптимального уплотненияВнешний слой непрерывных, предварительно напряженных проводов обернулся вокруг этого ядра.закрепленные в регулярных интервалах радиальными зажимателями, которые поддерживают структурную целостность и улучшают передачу напряжения на любые сломанные провода.

Для сравнения, кабели Манхэттенского моста диаметром 50 см содержат примерно 8500-9000 проводов,В то время как более крупные сооружения, такие как мост Золотые Ворота, имеют кабели диаметром почти один метр с более чем 28Эти кабели выдерживают огромные тяговые силы от постоянных нагрузок (веса моста), живых нагрузок (трафик) и факторов окружающей среды, таких как ветер и сейсмическая активность.

Анализ распределения нагрузки внутри кабелей представляет уникальные теоретические и экспериментальные трудности.Традиционный анализ конечных элементов пытается точно моделировать сложные взаимодействия между тысячами проводов, особенно в точках соприкосновения, где коэффициенты трения, местные деформации и зоны соприкосновения трудно измерить или оценить.

Исследовательская группа преодолела эти ограничения, используя нейтронную дифракцию - неразрушительную технику, которая измеряет эластичную нагрузку в материалах путем обнаружения изменений в расстоянии атомной решетки.В отличие от рентгеновских лучей, нейтроны проникают глубоко в материалы, не повреждая их, что позволяет беспрецедентно исследовать внутренние напряжения в образцах кабелей в эксплуатационном масштабе.

Эксперименты показали, что отдельные напряжения проволоки значительно зависят от граничных условий в точках зажима и радиальных сил сжатия.трение между проводами оказалось гораздо более существенным, чем предполагалось ранее. Это открытие требует переоценки традиционных моделей напряжения кабелей..

Это открытие имеет глубокие последствия для безопасности мостов.потенциально продлевать срок службы кабеля и предотвращать катастрофические сбоиМетодология также позволяет обнаруживать сломанные провода и локализованные дефекты, которые угрожают целостности конструкции.

Исследование, принятое для публикации в журнале "Экспериментальная механика", открывает новые возможности для строительства мостов.Будущие работы будут сосредоточены на разработке передовых моделей конечных элементов, которые учитывают эффекты трения, и исследовании кабельных материалов следующего поколенияКоманда также планирует адаптировать дифракцию нейтронов для систем мониторинга здоровья конструкций в режиме реального времени, которые могут произвести революцию в практике обслуживания мостов.

Этот технологический прорыв представляет собой нечто большее, чем академический прогресс, он предлагает ощутимые преимущества для безопасности инфраструктуры во всем мире.Точная оценка состояния кабеля становится все более важной.Нейтронный дифракционный подход предоставляет инженерам мощные новые инструменты для защиты этих важных транспортных звеньев, обеспечивая их непрерывную работу для будущих поколений.