Vem har inte svettats och blivit bränd i solen på bänkarna i en stadion en varm eftermiddag? Även idag är många stadion inte övertäckta. De enda lösningarna är solhatt, solglasögon och solkräm. Men redan de gamla romarna hade för över 2000 år sedan konstruerat och byggt ett system där man kunde fälla ut och vika ihop en segelduk, på latin velum, över amfiteatrarna.

Även om många manuskript och fresker påvisar existensen av dessa segeltak, finns det få ledtrådar som avslöjar hemligheten med utfällningsmekanismen och installationen på arenans väggar.

På hösten 2003 beslutade sig René CHAMBON, en fransk pensionerad ingenjör från “Arts et Métiers”, att ägna sin fria tid åt att lösa denna gåta. Efter många års bibliografisk forskning och besök av antika romerska amfiteatrar, upptäckte den här entusiasten hur romarna kan ha installerat, fällt ut och vikt ihop en 25 000 m² segelduk som vägde 8 ton över bänkraderna i Roms Colosseum, för att skydda 50 000 åskådare mot solen.

Genom att använda sig av sin erfarenhet som ingenjör, byggde han en prototyp i förminskad skala (1/100) för att undersöka sin hypotes angående installationen av segeltaket och gick vidare till traditionella strukturella analytiska beräkningar för att fastställa vilka material som behövdes för att bära upp segeltaket, och i vilka dimensioner. Resultatet av hans arbete gav upphov till tevereportage, konferenser och tidningsartiklar.

Övertygade av hans entusiasm och kvaliteten av hans arbete, erbjöd Dassault Systèmes att testa hans teori med sin vetenskapliga programvara för konstruktion och simulering, med hjälp av en virtuell prototyp i full skala, från statiska linjära beräkningar i 2D till dynamiska icke-linjära beräkningar i 3D, som är bättre lämpade för att simulera verkligheten.

Den tredimensionella digitala geometrin som motsvarar segelduken har gjorts med hjälp av CATIA V5. Användningen av parametrar som segeldukens dimensioner, antalet segment och lutningsvinkeln gör det möjligt att snabbt och lätt uppdatera geometrin och gå över från arenan i Puy du Fou till Colosseum i Rom med hjälp av några få klick. Den här geometriska modellen används som stöd för den mekaniska simuleringen av segeltaket i 3D. Simuleringen utförs med programvaran Abaqus, en lösning baserad på icke-linjär analys av finita element från SIMULIA. 

Det var särskilt viktigt att ställa in segeldukens och tågvirkets mekaniska rörelse, hanteringen av de många kontaktpunkterna och friktionen liksom viktens inverkan på hela systemet för att på ett exakt sätt kunna mäta den kraftansträngning som krävdes av dragarna för varje talja. Det här viktiga förarbetet var nödvändigt för att kunna göra den digitala simuleringen, som krävde en viss datorprestanda, men som ändå kunde genomföras på en bärbar dator.

Den realistiska 3D-animeringen av belastningen på segelduken och tågvirket under utfällandet och ihopvikningen, liksom beräkningen av den kraft som krävs vid varje tidpunkt, gjorde det möjligt att dra slutsatsen att den mekanism som René Chambon hade föreställt sig faktiskt kunde fungera. Simuleringen visade också att en mans dragkraft var tillräcklig för att aktivera varje vinsch, även när dragarna inte var synkroniserade eller om någon av dragarna var tillfälligt satt ur spel. Genom att variera antalet kablar runt stadion visade Dassault Systemes parametrerade modell att det verkliga antalet master som funnits på Colosseums väggar var väl dimensionerade i förhållande till dragkraften som krävdes av varje dragare, även vid den kritiska fasen i slutet av ihopvikningen, när segeldukens vikt och friktionerna är maximala.

Den här parametrerade 3D-modellen från Dassault Systèmes som utförts för den här studien kan nu tillämpas på moderna segeltak, där syntetiska material och elmotorer ersätter hampa, lin och mänsklig dragkraft.

Forna tiders tekniker kan på så sätt tillämpas i modern tid, och möjliggör snabb dimensionering och konstruktion av skydd, antingen för en publik, eller för hemlösa flyktingar vid naturkatastrofer eller liknande.