Из каких камней получаются лучшие защитные барьеры?
На видео выше грузовик эффектно врезается в валун. Для науки. Хотя это может показаться экспериментом, о котором только мечтают 10-летние дети, причина аварии смертельно серьезна.
Видео является частью исследования, проведенного в Пенсильванском университете и опубликованного в Международном журнале ударной инженерии. Цель исследования, финансируемого Государственным департаментом, состояла в том, чтобы разработать быстрый и простой метод определения того, можно ли использовать природный валун в качестве защитного барьера.
Хотя исследователи не раскрывают точные места, которые им было предложено смоделировать, у Государственного департамента есть множество зарубежных аванпостов, которые они хотели бы защитить как можно эффективнее. И часть этой эффективности заключается в том, чтобы они правильно использовали существующий ландшафт.
«Если вы строите что-то в гористой местности, где много естественных валунов, которые вам нужно переместить, вы должны их куда-то положить», - Александр Аллен Браун, один из авторов исследования., говорит. Вместо того, чтобы просто избавиться от гигантских камней или полагаться исключительно на искусственные барьеры безопасности, что является дорогостоящим и трудоемким делом, Государственный департамент хотел выяснить, могут ли они использовать естественные валуны в качестве барьера безопасности для предотвращения таких транспортных средств, как грузовики не врезаются в здания.
“Оказывается, чтобы зарыть валун в песок и заставить его работать, он должен быть большим. Очень, очень большой». - говорит Браун. Браун, сейчас работающий в колледже Лафайет, работал с другими исследователями, в том числе с Марком Кеске, Шоном Бреннаном и Тонг Цю, инженером-строителем из Пенсильванского университета, над созданием компьютерной модели, которую можно использовать на небольшом компьютере в полевых условиях для оценки того, можно использовать как защиту. Предыдущие модели требовали часов или дней, чтобы вычислить конечный результат на кластере высокопроизводительных компьютеров.
«Государственный департамент иногда просто хочет провести быструю оценку», - говорится в заявлении Цю. «Они хотят что-то придумать на лету, в первом приближении».
Модель, разработанная в Penn State, готова к использованию в полевых условиях. Чиновники Государственного департамента могут посмотреть на конкретный валун, ввести его характеристики в программу и через несколько секунд получить информацию о том, насколько глубоко должен быть зарыт валун, чтобы остановить мчащийся грузовик, и подходит ли он вообще.
Краш-тест
«Если вы думаете о том, чтобы закопать грузовик в землю, а затем столкнуться с другим грузовиком, вы думаете, что это его остановит. но это не так», - говорит Браун.
Исследователей попросили сосредоточиться на гранитных валунах и несвязных грунтах. Несвязные грунты - это грунты, которые ведут себя как песок, гравий или сухая, рыхлая грязь, в отличие от глин, которые склонны больше слипаться. Чтобы протестировать свои модели, они взяли самый большой валун, который только могли установить, и установили его на испытательном треке в транспортном институте Ларсона штата Пенсильвания. Валун был около 11 футов в высоту и весил 60 000 фунтов, но когда в него врезался 15 000-фунтовый грузовик, двигавшийся со скоростью 30 миль в час, он все еще вращался.
Величина движения валуна в почве является одним из ключевых факторов, определяющих, может ли валун остановить грузовик. Если он вращается слишком сильно, грузовик может вытолкнуть валун из земли и продолжить движение или даже превратить валун в пандус, запустив грузовик через валун. Ни одно из решений не является идеальным.
К счастью, в этом случае модель сработала, и пока валун двигался по испытательному треку, он зарылся достаточно глубоко, чтобы остановить грузовик.
«Наблюдение за краш-тестами - мучительное переживание, только звук и вибрация от него, когда вы стоите на обочине, настолько пронзительны, что сотрясают вас до глубины души», - говорит Браун. «Кажется, я знаю, насколько сильно сдвинется валун, я думаю, что знаю, насколько сильно раздавит грузовик, но вы не будете уверены, пока не увидите его».