內(nèi)華達(dá)大學(xué)雷諾分校的研究人員正在開展一個(gè)項(xiàng)目，該項(xiàng)目可能使美國陸軍能夠在前沿部署任務(wù)中快速生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施——如建筑物或橋梁——而不依賴于傳統(tǒng)建筑材料。這種方法涉及現(xiàn)場3D打印混凝土結(jié)構(gòu)——消除了將全尺寸建筑物或材料運(yùn)送到包括沖突區(qū)域在內(nèi)的困難環(huán)境中的需求。

當(dāng)前的研究由土木與環(huán)境工程助理教授Floriana Petrone和副研究教授Sherif Elfass領(lǐng)導(dǎo)，并與美國陸軍工程師研究與發(fā)展中心（ERDC）建筑工程研究實(shí)驗(yàn)室（CERL）合作。該項(xiàng)目由美國國防部支持，并計(jì)劃持續(xù)至2025年6月。

今年秋天，團(tuán)隊(duì)對(duì)一組由中心穿過的后張預(yù)應(yīng)力電纜連接的約七個(gè)混凝土段進(jìn)行了荷載測試。這個(gè)測試“橋梁”的狹窄部分成功承受了高達(dá)7000磅的荷載。附著在組件上的傳感器收集了數(shù)據(jù)，供博士后學(xué)者Satish Paudel和本科生研究員Allen Rivas進(jìn)行后續(xù)分析和數(shù)值模擬。

項(xiàng)目的下一階段將涉及通過添加額外組件和研究連接方法來擴(kuò)大測試樣本，以加速施工。最終目標(biāo)是為陸軍提供在實(shí)地打印和組裝所需結(jié)構(gòu)的強(qiáng)大技術(shù)基礎(chǔ)。Petrone的團(tuán)隊(duì)正在探索3D打印組件如何在沒有專用設(shè)備的情況下連接，并且仍然形成可靠、可擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)。

“一切都可以在現(xiàn)場手動(dòng)組裝，”Petrone說，指出電纜系統(tǒng)不需要專用設(shè)備——使其適合具有挑戰(zhàn)性的戰(zhàn)斗區(qū)域條件。

正如設(shè)想的那樣，結(jié)構(gòu)可以被拆解成部件，并重新組裝成不同的配置。相同的結(jié)構(gòu)部件提供了高度可適應(yīng)的設(shè)計(jì)，研究旨在幫助現(xiàn)場工程師自信地將這些部件連接成健全的基礎(chǔ)設(shè)施。團(tuán)隊(duì)的工作將數(shù)值建模與3D打印和分段建造相結(jié)合，以優(yōu)化設(shè)計(jì)，甚至在建造開始之前。

“數(shù)值建模與3D打印和分段建造的整合為預(yù)測建造開始之前的結(jié)構(gòu)性能提供了一個(gè)強(qiáng)大的工具，”Elfass說?！斑@允許工程師優(yōu)化部件的放置和打印組件的設(shè)計(jì)，確保打印結(jié)構(gòu)在各種條件下滿足必要的強(qiáng)度和耐久性要求?！?/p>

Petrone和她的團(tuán)隊(duì)正在采用更嚴(yán)格、更少試錯(cuò)的方法來提高3D打印樂高式混凝土模塊的完整性和性能。他們的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目始于2024年初，包括測試由他們打印的3英尺長混凝土模塊組裝的“橋接基礎(chǔ)設(shè)施”。該橋梁的性能已經(jīng)經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測試和數(shù)值模擬驗(yàn)證。

雖然早期的3D打印結(jié)構(gòu)工作經(jīng)常依賴于愛迪生式的方法，但內(nèi)華達(dá)大學(xué)雷諾分?，F(xiàn)在正在開發(fā)一種更系統(tǒng)的方法，以確保這些結(jié)構(gòu)按需表現(xiàn)。這項(xiàng)工作旨在進(jìn)一步增強(qiáng)陸軍在偏遠(yuǎn)或敵對(duì)環(huán)境中建造基礎(chǔ)設(shè)施的能力——結(jié)合3D打印、分段建造和先進(jìn)的數(shù)值模擬，建造可靠、可擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)。

在大學(xué)大型結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室（LSSL）的一個(gè)角落，Petrone的團(tuán)隊(duì)一直在使用美國陸軍提供的中等規(guī)模3D打印機(jī)生產(chǎn)形狀像L和T的混凝土部件。團(tuán)隊(duì)繼續(xù)完善其方法，旨在在困難條件下使復(fù)雜的組裝過程變得可行，并確保未來的軍事行動(dòng)能夠從按需、堅(jiān)固的基礎(chǔ)設(shè)施中受益。