Synergy of additive technologies, bionics and fractal approach in bridge engineering

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Modern bridge construction demands efficient designs, technologies, and materials. Traditional methods tend towards simpler designs, whereas modern approaches enable a wider variety of structures and architectural forms. This research explores successful examples of 3D printing, bionics and fractal approaches in bridge engineering, and analyzes the potential of combining these technologies for optimal results in modern bridge construction.

About the authors

I. G. Ovchinnikov

Industrial University of Tyumen

Email: bridgesar@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0617-3132

I. O. Razov

Industrial University of Tyumen

ORCID iD: 0000-0002-4829-7080

N. B. Kudaibergenov

L. N. Gumilev Eurasian National University

Email: knb_1955@mail.ru

References

  1. Темнов В. Г. Конструктивные системы в природе и строительной технике. Ленинград: Стройиздат; 1987. 256 с. Режим доступа: https://m.eruditor.one/file/1323456/.
  2. Ковырягин М. А., Овчинников И. Г. Управляемые конструкции (в мостостроении). Саратов: Саратовский государственный технический университет; 2003. 95 с.
  3. Овчинников И. Г., Караханян А. Б. Применение бионического подхода к проектированию пешеходных мостов. В сб.: Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе: Международная научно-практическая конференция, Пермь, 23-24 апреля 2015 г. Пермь: Пермский национальный исследовательский политехнический университет; 2015. С. 430–436. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=23646394.
  4. Овчинников И. Г., Овчинников И. И., Караханян А. Б. Пешеходные мосты современности: тенденции проектирования. Часть 1. Использование бионического подхода. Науковедение. 2015;7(2):81TVN215. Режим доступа: http://naukovedenie.ru/PDF/81TVN215.pdf.
  5. Овчинников И. И., Караханян А. Б., Овчинников И. Г., Скачков Ю. П. Современные пешеходные и велосипедные мосты (основные концепции проектирования и примеры). Пенза: Пензенский государственный университет архитектуры и строительства; 2018. 140 с.
  6. Aldersey-Williams H. Towards biomimetic architecture. Nature Materials. 2004;3:277–279. https://doi.org/10.1038/nmat1119
  7. Bonser R.H.C. Patented Biologically-inspired technological innovations: A twenty year view. Journal of Bionic Engineering. 2006;3(1):39–41. https://doi.org/10.1016/S1672-6529(06)60005-X
  8. Vincent J. F. V., Bogatyreva O. A., Bogatyrev N. R., Bowyer A., Pahl A.-K. Biomimetics: its practice and theory. Journal of The Royal Society Interface. 2006;3(9):471–482. https://doi.org/10.1098/rsif.2006.0127
  9. Mak T. W., Shu L. H. Using descriptions of biological phenomena for idea generation. Research in Engineering Design. 2008;19:21–28. https://doi.org/10.1007/s00163-007-0041-y
  10. Bhushan B. Biomimetics: lessons from nature-an overview. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 2009;367(1893):1445–1486. https://doi.org/10.1098/rsta.2009.0011
  11. Helms M., Vattam S. S., Goel A. K. Biologically inspired design: process and products. Design Studies. 2009;30(5):606– 622. https://doi.org/10.1016/J.DESTUD.2009.04.003
  12. Liu K, Jiang L. Bio-inspired design of multiscale structures for function integration. Nano Today. 2011;6(2):155–175. https://doi.org/10.1016/j.nantod.2011.02.002
  13. Santulli C., Langella C. Introducing students to bio-inspiration and biomimetic design: a workshop experience. International Journal of Technology and Design Education. 2011;21:471–485. https://doi.org/10.1007/s10798-010-9132-6
  14. Shu L. H., Ueda K., Chiu I., Cheong H. Biologically inspired design. CIRP Annals - Manufacturing Technology. 2011;60(2):673–693. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2011.06.001
  15. Chen P.-Y., McKittrick J., Meyers M. A. Biological materials: Functional adaptations and bioinspired designs. Progress in Materials Science. 2012;57(8):1492–1704. '' target='_blank'>10.1016/j.pmatsci.2012.03.00' target='_blank'>https://doi: 10.1016/j.pmatsci.2012.03.00
  16. Knippers J., Speck T. Design and construction principles in nature and architecture. Bioinspiration & Biomimetics. 2012;7(1):015002. https://doi.org/10.1088/1748-3182/7/1/015002
  17. Bar-Cohen Y. Nature as a model for mimicking and inspiration of new technologies. International Journal of Aeronautical and Space Sciences. 2012;13(1):1–13.
  18. Maglic Michael J. Biomimicry: Using Nature as a Model for Design. Masters Theses. 2012. P. 871. https://doi.org/10.7275/2820720
  19. Murugan R., Wang X., Chen G., Guoping Ch., Peter M., Fu-Zhai C. (eds.) Biomimetics: Advancing nanobiomaterials and tissue engineering. Salem: Scrivener Publishing; 2013. 384 p. Available at: http://ndl.ethernet.edu.et/bitstream/123456789/4133/1/21.pdf.
  20. Benyus J. Biomimicry: Innovation inspired by nature. New York: William Morrow & Co.; 1997. 308 p. https://doi.org/10.1002/inst.12116
  21. Ovchinnikov I. G., Ovchinnikov I. I. Sustainable bridge design in Russia. In: Railway Transport and Technologies (RTT2021), Ekaterinburg, November 24–25 2021. USA: Aip Publishing; 2023. P. 030021. https://doi.org/10.1063/5.0133764
  22. Freitas Salgueiredo C. Modeling biological inspiration for innovative design. i3 Conference 2013, October 15 2013. P. 1–17. Available at: https://i3.cnrs.fr/wp-content/uploads/2016/05/Freitas__conferenceI32013.pdf.
  23. Olason A., Tidman D. Methodology for topology and shape optimisation in the design process. Master’s Thesis in the Master’s programme Solid and Fluid Mechanics. Goteborg: Chalmers University of Technology; 2011. Available at: https://publications.lib.chalmers.se/records/fulltext/130136.pdf.
  24. Мальцева Т. В., Трефилина Е. Р. Моделирование двухфазного тела с учетом несущей способности жидкой фазы. Математическое моделирование. 2004;16(11):845–852. Режим доступа: https://www.mathnet.ru/php/archive.phtml?wshow=paper&jrnid=mm&paperid=222&option_lang=rus.
  25. Боровков А. И., Бурдаков С. Ф., Клявин О. И., Мельникова М. П., Михайлова А. А., Немов А. С. и др. Компьютерный инжиниринг. Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого; 2012. 93 с.
  26. Melnikov R., Zazulya Ju., Stepanov M., Ashikhmin O., Maltseva T. OCR and POP parameters in Plaxis-based numerical analysis of loaded over consolidated soils. Procedia Engineering. 2016;165:845–852. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.11.783
  27. Rayneau-Kirkhope D, Maoa Y., Farr R., Segal J. Hierarchical space frames for high mechanical efficiency: Fabrication and mechanical testing. Mechanics Research Communications. 2012;46:41–46. http://dx.doi.org/10.1016/j.mechrescom.2012.06.011

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».