Was sind die häufigsten Fehler in einer Boomilever-Struktur?, und wie man sie testet

Der Wettbewerb der Wissenschaftsolympiade steht vor der Tür! Es ist an der Zeit, dass die Teams ihre Entwürfe zusammentragen und die leistungsstärksten Strukturen der vergangenen Jahre überprüfen. Dieses Jahr, Wir wollten einen tieferen Blick auf die Gründe werfen, warum Boomilevers scheitern können, und was getan werden kann, um Ihre Struktur zu stärken.

Einen Boomilever entwerfen

Haben Sie schon eine Struktur in SkyCiv modelliert?? Wir empfehlen Ihnen, zunächst diesen Artikel zu lesen: So entwerfen Sie einen Boomilever in SkyCiv. Es zeigt Ihnen, wie Sie Ihre erste Struktur modellieren und entwerfen und die Leistung Ihres Boomilevers simulieren Vor Du baust es!

Im folgenden Artikel erfahren Sie, wie Sie Ihre Struktur testen und analysieren, So können Sie Ihr Modell simulieren und Probleme im Voraus erkennen.

Unser Design

Der wichtigste Teil Ihres Designs ist die Art und Weise, wie Sie Ihre Mitglieder anordnen. Werden Sie ein Fachwerk verwenden?? Welche Art von Fachwerk?? Dies hat den größten Einfluss sowohl auf die Leistung Ihrer Struktur unter Last als auch auf das Gesamtgewicht. Es ist die wichtigste Entscheidung, die Sie treffen müssen.

In diesem Artikel, Wir werden unseren Entwurf auf dem folgenden vereinfachten Entwurf basieren:

Dieses besteht aus den folgenden Elementen:

Quelle: Boomilever-Wiki

A: Stützbasis
B.: Spannungsmitglieder
C.: Fernes Ende
D.: Kompressionsquerträger

Schauen wir uns nun die verschiedenen Möglichkeiten an, auf denen diese Mitglieder scheitern können, und wie wir dazu beitragen können, unser Design zu stärken.

Fehlerfälle

Komprimierungsfehler

Kompressionskräfte sind diejenigen, die Kompresse das Mitglied, oder zerquetschen nach innen.

Wir möchten ein Fehlerkriterium auswählen, das wir verwenden können. Aus unserem Artikel wissen wir, dass die Die Druckversagensspannung von Balsaholz liegt bei ca 7 MPa. Denn Holz ist ein anisotropes Material, Die Festigkeit hängt von der Qualität des Holzes und seiner Maserungsrichtung ab, Aber unsere Annahme der Versagensspannung ist eine gute Faustregel für diesen Entwurf

Unser Ziel ist es, sicherzustellen, dass alle Kompressionselemente eine Kompressionsspannung von nicht mehr als haben 7 MPa. Es ist unwahrscheinlich, dass das Mitglied aufgrund der reinen Komprimierung ausfällt, Es ist jedoch wichtig, dieses Konzept zu verstehen und es ist wichtig für die folgenden Prüfungen.

Spannungsfehler

Zugkräfte sind diejenigen, die induzieren Spannung innerhalb des Mitglieds, oder nach außen ziehen

Balsaholz ist auf Zug doppelt so stark wie auf Druck. Es ist höchst unwahrscheinlich, dass die Struktur aufgrund reiner Zugkräfte versagt. Dies können wir als Misserfolgskriterium vernachlässigen.

Fehlerprüfungen

1. Biegespannungsversagen

Wir beginnen mit der Biegebeanspruchung, da es sich dabei um einen häufigen Fehlerfall handelt. Wie der Name schon sagt, Dies geschieht, wenn das Element senkrecht zu seiner Neutralachse belastet wird (N / A) es beginnt sich zu verbiegen, Dies führt zu einer Spannungsverteilung entlang des Querschnitts des Bauteils. Ein offensichtliches Anzeichen dafür, dass eine Biegung auftritt, vor allem in Holz, wenn die Durchbiegung des Elements entlang seiner Spannweite von seiner ursprünglichen Form.

In unserem Fall, Alle Holzelemente sind vor dem Laden gerade, Jede Durchbiegung sagt uns also, dass sich das Element biegt. Ein Mitglied, das einer Biegebeanspruchung ausgesetzt ist, sieht in etwa so aus:

Die Oberseite des Elements steht unter Druck (-) und der Boden (+) stehen unter Spannung. Das “M.” ist die positive Momentkraft, die in diesem Fall die Spannungsverteilung induziert.

 

So erkennen Sie Biegefehler

Nachdem Sie die Analyse des Boomilever in Structural 3D ausgeführt haben, Wir werden von der Nachbearbeitung aus operieren, oder Fenster lösen. Du kannst den ... benutzen Sichtbarkeitseinstellungen auf der rechten Seite des Bildschirms, um einige Anzeige-/Filteroptionen anzuzeigen.

Unser Ziel ist es, zu prüfen und sicherzustellen, dass die Druckspannung aufgrund von Biegung nicht übersteigt 7 MPa. Benutze das Recht Ergebnissichtbarkeit Option zum Anzeigen aller oben genannten Spannungen 7 MPa:

Diese Art von Fehler ist im folgenden Video zu sehen:

Das Video zeigt, dass die Streben, die die Zug- und Druckgurte verbinden, durch eine Kombination aus Biegung und Knickung versagen werden. Dies deckt sich mit unserem Modell oben, das zeigt, dass die Hauptfehlerstellen an diesen Verbindungen liegen.

 

So stärken Sie sich gegen Biegeversagen

Hier sehen wir, dass es vier Elemente gibt, die anfällig für Biegeversagen sind – da ihre negativen Werte unsere Komprimierungsgrenze von überschreiten 7 MPa. Jetzt habe ich diese schwächeren Mitglieder identifiziert, Ich kann sie verstärken, indem ich die Abschnittshöhe erhöhe:

Durch die Erhöhung der Höhe des Elements erhöht sich dessen Trägheitsmoment, eine Querschnittseigenschaft, die sich direkt auf die Querschnittsfestigkeit bezieht. In diesem Fall, mit zunehmender Höhe des Elements, Die Biegespannung nimmt ab, und umgekehrt. Stellen Sie sich vor, Sie versuchen, dasselbe Stück Holz zu biegen, aber mit diesen beiden Formen, was schwerer zu brechen wäre?

Durch diese Änderung konnte ich die durch Biegekräfte verursachte Belastung auf ein Maximum von ca. reduzieren 6.7 MPa.

Andere Option, besteht darin, einen Querträger hinzuzufügen, um die Kraftverteilung auf einen anderen Träger zu unterstützen. Dies erhöht möglicherweise das Gewicht Ihrer Struktur und ist daher möglicherweise nicht immer der Option vorzuziehen 1 (Sie müssen den Unterschied zwischen dem Hinzufügen eines Mitglieds und dem Erhöhen der Abschnittsgröße und des Gewichts mehrerer Mitglieder berücksichtigen. In diesem Fall, Zur Verstärkung der Struktur haben wir ein Aussteifungselement hinzugefügt:

Offensichtlich, Hinzu kam, dass ein Aussteifungselement dazu beitrug, die Kräfte gleichmäßiger auf die drei Elemente zu verteilen. Es milderte sogar die übermäßige Belastung der Mitglieder auf der anderen Seite (reduziert von -7.31 zu -4.895 MPa). Beachten Sie jedoch, Wie gezeigt, wird dadurch jegliche Symmetrie in Ihrer Struktur gestört.

Das Muster auf diesen Aussteifungselementen (oder Fachwerkträger) hängt von Ihrem Design ab. Hier sind einige Arten von Fachwerken und ihre Stärken und Schwächen.

2. Knickfehler

Dies ist ein sehr häufiger Fehler bei Slender, dünne Glieder. Knicken ist die Versagensart eines Strukturelements, bei der ein hoher Wert auftritt komprimierend Spannungen, die eine plötzliche seitliche Auslenkung verursachen. Stellen Sie sich vor, Sie würden ein Mitglied auf diese Weise niederdrücken, dann es Tritte raus und bricht so zusammen:

Im Fall unseres Boomilevers, Das relative Verhältnis der Querschnittsabmessungen zur Länge der Elemente macht unsere Elemente anfälliger für Knicke. Wir können die Knickung testen, indem wir in der folgenden Software eine Knickanalyse durchführen Lösen. Dadurch wird Ihr Modell überprüft, um festzustellen, ob bei Mitgliedern die Gefahr eines Knickens besteht:

Wie die Warnung vermuten lässt, eine Zahl kleiner als 1 weist auf ein Knicken hin. Unser Boomiliever ist also im Moment zum Anschnallen in Ordnung. Falls es Knickprobleme gab, Sie werden als rote Elemente in der Struktur angezeigt, sodass Sie die kritischen Elemente identifizieren und Ihren Entwurf ändern können.

Hinweis: Das Anschnallen ist beim Turmwettbewerb der Wissenschaftsolympiade besonders wichtig, da es viele Kolumnenmitglieder gibt.

3. Verbindungen/Unterstützungen

Die Basis und wichtige Verbindungen (wie dein distales Ende) sollten ebenfalls im Voraus entworfen werden. Dieser Teil des Entwurfs kann über den Erfolg Ihrer Struktur entscheiden… buchstäblich! Schauen wir uns zunächst die Unterstützungsbasis an. Dadurch werden zwei Elemente unter Spannung mit der Hauptplatine verbunden. Ihre Struktur sollte nicht an der Basis versagen. Wenn Sie dabei Hilfe benötigen, beziehen auf Aias Leitfaden zum Entwerfen eines Boomilevers, Es enthält eine großartige Anleitung für ein effektives Basisdesign, das ca. 1,5 g wiegt und Halt bietet 18-19 kg.

 

TL; DR

Wir empfehlen, Folgendes zu überprüfen, um etwaige Fehlerbereiche Ihres Boomilever zu identifizieren:

• Identifizieren Sie eventuelle Überschreitungen 7 MPa. Blättern Sie durch die Stress Ergebnisse mit einer Belastungsgrenze von 7 MPa, um diese zu identifizieren. Wenn Mitglieder versagen, Du kannst es versuchen:
  • Vergrößern Sie die Querschnittsfläche
  • Fügen Sie Aussteifungselemente hinzu
  • Ändern Sie die Strukturformation oder den Fachwerkstil
• Führen Sie eine Knickanalyse durch (insbesondere für Säulen- oder Vertikalelemente) und suchen Sie nach einem Wert größer als 1
  • Verkürzen Sie die Länge des Mitglieds
  • Vergrößern Sie die Querschnittsfläche
  • Fügen Sie unterwegs Aussteifungselemente hinzu
• Stellen Sie sicher, dass Sie eine starke Basis haben, Es sollte nicht die Ursache des Scheiterns sein
  • Wenn ja, Schauen Sie sich Aias Leitfaden für ein starkes Basisdesign an.