把力传出去,把结构立起来
机器怎样传动,桥梁怎样分担载荷,展品怎样站稳?
ENGINEERING
轻巧的结构,为什么能承受重量?
从承重与稳定、机构与传动到部署与环境:给定材料、支座与载荷,用测量优化设计,让形状经得起约束检验。
一个问题,可以走得更远
随时加入,不必按顺序完成。
机器怎样传动,桥梁怎样分担载荷,展品怎样站稳?
省力、刚度、材料与热损失,怎样做有依据的取舍?
安全、材料和环境,能否一起考虑?
桁架与结构稳定
连接节点,施加载荷,观察拉压、变形,以及三角形斜撑的作用。
重心、支撑与翻倒
移动配重、倾斜台面,再松开夹持,用重力线、稳定余量与力矩检验你的设计。
找形与推力线
只改变拱中心矢高,比较推力线偏离与包络余量。
梁弯曲与截面
固定跨度、材料和载荷,只旋转截面,比较两组体积与端部挠度。
调谐质量阻尼
只改变附加质量,比较当前频点位移及完整幅频曲线。
预应力与稳定
只改变索预张力,比较平衡残差、最小刚度与杆屈曲力。
柔索与锚固
只改变垂度,比较支座水平拉力和塔顶索张力。
结构 · 节点平衡
把屋架压平,比较杆压和支座水平推力。 固定其他条件,亲手将桁架高度分别设为2和0.5m,各核验一次;竖向载荷没变,杆内力为什么会激增?
结构 · 支座反力与弯矩
沿梁移动重物,看两端反力如何分担。 固定其他条件,亲手将载荷距左支座分别设为0.5和2m,各核验一次;最大弯矩什么时候出现?
结构 · 弹性屈曲
拉长同一截面的柱,比较临界压力。 固定其他条件,亲手将柱长分别设为1和2m,各核验一次;变细长后,失稳会比材料压碎更早吗?
结构 · 轴力与弯曲
把上方荷载向边缘移,观察两侧应力。 固定其他条件,亲手将偏心距分别设为0和25mm,各核验一次;什么时候一侧开始出现拉应力?
结构 · 抗倾覆
加宽墙底,看抗倾覆矩与土压力矩。 固定其他条件,亲手将墙底宽分别设为1和2m,各核验一次;比值提高后,还能直接宣布整座墙安全吗?
结构 · 侧向刚度
加一根斜撑,比较相同水平荷载下的位移。 固定其他条件,亲手将是否加斜撑分别设为0和1,各核验一次;几何三角化怎样转换为可计算的刚度?
结构 · 夹芯截面
分开两片面板,比较同载荷下的挠度。 固定其他条件,亲手将芯层厚度分别设为5和25mm,各核验一次;铝材用量没有变,惯性矩为什么增加?
机构 · 螺旋传动
换成更细的螺纹,比较手柄力和所需圈数。 固定其他条件,亲手将螺距分别设为2和8mm,各核验一次;省力的同时,要多转多少圈?
机构 · 理想楔块
改变楔角,比较推力与举升距离。 固定其他条件,亲手将楔角分别设为10和30°,各核验一次;省下的力,是否要用更多水平推进量换回来?
机构 · 带传动
增大右侧皮带轮,比较转速和扭矩。 固定其他条件,亲手将从动/主动半径比分别设为1和2,各核验一次;输出扭矩增大,输出功率也增大了吗?
机构 · 周转轮系
增大固定齿圈齿数,观察行星架输出转速。 固定其他条件,亲手将齿圈齿数分别设为60和100齿,各核验一次;行星轮自转与行星架公转能混为一谈吗?
机构 · 闭环约束
转动输入杆,核对闭环两杆长度。 固定其他条件,亲手将输入杆转角分别设为45和150°,各核验一次;画面在运动,杆长残差是否仍接近0?
机构 · 虚功与奇异位形
收拢剪叉,比较平台高度与水平驱动力。 固定其他条件,亲手将杆与水平夹角分别设为50和10°,各核验一次;平台越低,驱动力一定越小吗?
建筑环境 · 声学
增加吸声比例,看声能衰减到−60dB要多久。 固定其他条件,亲手将平均吸声系数分别设为0.1和0.3,各核验一次;房间变大而相似缩放时,混响时间怎样变化?
建筑环境 · 太阳几何
伸出挑檐,观察窗面阴影向下移动。 固定其他条件,亲手将挑檐进深分别设为0.3和0.9m,各核验一次;夏季高太阳和冬季低太阳会得到相同遮挡吗?
建筑环境 · 水量平衡
增加这场雨的雨量,看水箱何时溢流。 固定其他条件,亲手将单场雨量分别设为10和60mm,各核验一次;超过容量后,降雨增加的水去了哪里?
建筑环境 · 热压通风
抬高排风口,比较温差驱动的空气流量。 固定其他条件,亲手将进排气高度差分别设为2和8m,各核验一次;高度增加四倍,流量会增加四倍吗?