Заслуженный профессор Ванда Льюис из инженерной школы подняла процесс проектирования под названием «поиск формы», вдохновленный миром природы, на новый уровень.Формообразование позволяет проектировать жесткие конструкции, которые следуют прочной естественной форме — конструкции, которые поддерживаются силой чистого сжатия или растяжения, без изгибных напряжений, которые являются основными слабыми местами в других конструкциях.Впервые это может привести к проектированию мостов и зданий, которые могут выдерживать любую комбинацию постоянных нагрузок без создания сложных напряжений.Такие конструкции будут иметь повышенную безопасность и длительный срок службы без необходимости ремонта или перестройки.
В течение 25 лет профессор Льюис изучал формы и формы в природе: очертания дерева или листа, изгиб раковины, то, как мыльная пленка может удерживаться между выбранными границами. Профессор Льюис заметил, что во всех этих природных объектах развиваются простые модели напряжения, которые помогают им с легкостью противостоять действующим на них силам (например, ветру, ударующемуся по дереву).Профессор Льюис занимается разработкой математических моделей, реализующих природные принципы проектирования и создающих простые модели напряжений в конструкциях.
Принципы, лежащие в основе ее математических моделей, проиллюстрированы с помощью экспериментов по поиску физической формы, например, с использованием кусков ткани или цепей.Кусок ткани подвешивают, и ему дают расслабиться в своей естественной гравитационной форме с минимальной энергией; затем эта форма замораживается в твердый объект и переворачивается.
Она находит координаты этой формы путем вычислений, моделируя гравитационные силы, приложенные к конструкции. Это создает форму (естественную форму), которая легко выдерживает нагрузку.Профессор Льюис утверждает, что «природные принципы проектирования не могут соответствовать традиционному инженерному проектированию».
Хотя классические архитектурные проекты привлекательны для глаз, они не обязательно структурно здоровы: «эстетика — важный аспект любого дизайна, и мы запрограммированы рассматривать некоторые формы, такие как круглые арки или сферические купола, как эстетические. строите их, несмотря на то, что они создают сложные нагрузки и, следовательно, являются структурно неэффективными », — говорит профессор Льюис.Вопрос о том, как построить оптимальную арку, обсуждался на протяжении всей истории.
В семнадцатом веке Роберт Хук продемонстрировал Королевскому обществу, что идеальная форма арки моста — это форма, напоминающая перевернутую линию цепи — форму цепи. Единственная другая форма, предлагаемая классической теорией, — это перевернутая парабола. Каждая из этих форм может выдерживать только определенный тип нагрузки, не вызывая сложных напряжений, которые являются слабыми местами.
Новаторский процесс поиска формы профессором Льюисом заполняет пробел в классической теории, предлагая новое математическое решение в поисках оптимальной дуги, подверженной общей нагрузке.Работа по поиску оптимальной арки опубликована в Трудах Королевского общества, часть A.