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Cómo realizar pruebas para detectar fallas comunes de Boomilever

¿Cuáles son las fallas comunes en una estructura boomilever?, y cómo probarlos

La competencia de la Olimpiada de Ciencias está a la vuelta de la esquina! Es hora de que los equipos recopilen sus diseños y revisen las estructuras con mejor rendimiento de años anteriores.. Este año, Queríamos profundizar en las razones por las que Boomilever's puede fallar y qué se puede hacer para fortalecer su estructura..

Diseñar un boomilever

¿Has modelado una estructura en SkyCiv?? Le recomendamos que comience por leer este artículo primero: Cómo diseñar un Boomilever en SkyCiv. Le mostrará cómo modelar y diseñar su primera estructura y simular el rendimiento de su Boomilever antes de tu lo construyes!

El siguiente artículo hablará sobre cómo probar y analizar su estructura., para que pueda simular y encontrar problemas en su modelo con anticipación.

Nuestro Diseño

La parte más importante de su diseño es la forma en que organiza sus miembros. Vas a usar un Truss? ¿Qué estilo de truss? Esto tendrá el mayor impacto tanto en el rendimiento de su estructura bajo carga como en su peso total.. Es la decisión más importante que tendrá que tomar.

En este articulo, vamos a basar nuestro diseño en el siguiente diseño simplificado:

ciencia-olimpiada-skyciv-tutorial-wireframe-boomilever

Este se compone de los siguientes elementos:

Fuente: Wiki Boomilever

A: Base de soporte
si: Miembros de tensión
C: Fin distante
re: Travesaños de compresión

Ahora repasemos para comprobar todas las diferentes formas en que estos miembros pueden fallar, y cómo podemos ayudar a fortalecer nuestro diseño.

Casos de falla

Fallo de compresión

Las fuerzas de compresión son aquellas que comprimir el miembro, o Persona especial hacia adentro.

Queremos elegir un criterio de falla que podamos usar. De nuestro artículo sabemos que el El estrés por falla de compresión de la madera de balsa está alrededor 7 MPa. Porque la madera es un material anisotrópico, la resistencia depende de la calidad de la madera y de la dirección de la veta, pero nuestra suposición de tensión de falla será una buena regla para usar en este diseño

Nuestro objetivo es asegurar que todos los miembros de compresión tengan un esfuerzo de compresión no mayor que 7 MPa. Es poco probable que el miembro falle por pura compresión., pero este es un concepto importante de entender y es importante para las siguientes comprobaciones.

Fallo de tensión

Las fuerzas de tracción son las que inducen tensión dentro del miembro, o tirar hacia afuera

La madera de balsa es dos veces más fuerte en tensión que en compresión. Es muy poco probable que la estructura falle debido a fuerzas de tensión puras.. Podemos ignorar esto como un criterio de falla..

Verificaciones de fallas

1. Fallo por esfuerzo de flexión

Vamos a comenzar con la tensión de flexión, ya que es un caso de falla común.. Como el nombre sugiere, esto ocurre cuando el miembro se carga perpendicular a su eje neutro (N / A) empezará a doblarse, provocando la distribución de la tensión a lo largo de la sección transversal del miembro. Un signo obvio de flexión, particularmente en madera, si la deflexión del miembro a lo largo de su tramo desde su forma original.

En nuestro caso, todos los miembros de madera están rectos antes de cargar, por lo que cualquier desviación nos dice que el miembro se está doblando. Un miembro que experimenta estrés por flexión se verá así:

Tensión de flexión por tracción o compresión

La parte superior del miembro está en compresión. (-) y el fondo (+) están en tensión. El “M” es la fuerza de momento positivo que está induciendo la distribución de esfuerzos en este caso.

 

Cómo identificar la falla por flexión

Después de ejecutar el análisis del Boomilever en Structural 3D, operaremos desde el posprocesamiento, o Ventana de resolución. Puedes usar el Configuraciones de visibilidad en el lado derecho de la pantalla para mostrar algunas opciones de visualización / filtrado.

Nuestro objetivo es comprobar y garantizar que la tensión de compresión debida a la flexión no supere 7 MPa. Usa el derecho Visibilidad de resultados opción para mostrar las tensiones que están por encima 7 MPa:

consejos y sugerencias de la olimpiada de la ciencia del estrés de flexión

Este tipo de falla se puede ver en el siguiente video:

ejemplo del fracaso de la olimpiada científica

El video muestra que los puntales que conectan las cuerdas de tensión y compresión van a fallar con una combinación de flexión y pandeo.. Esto coincide con nuestro modelo anterior que muestra que los puntos clave de falla están en estas conexiones.

 

Cómo fortalecer contra la falla por flexión

Aquí podemos ver que hay cuatro miembros que son propensos a fallar por flexión. – ya que sus valores negativos exceden nuestro límite de compresión de 7 MPa. Ahora que he identificado a estos miembros más débiles, Puedo fortalecerlos aumentando la altura de la sección:

cambio de sección de flexión

El aumento de altura del miembro aumentará su Momento de Inercia, una propiedad de la sección que se relaciona directamente con la resistencia de las secciones transversales. En este caso, a medida que aumenta la altura del miembro, la tensión de flexión disminuye, y viceversa. Imagínese tratando de doblar la misma pieza de madera, pero con estas dos formas, que seria mas dificil de romper?

Al hacer este cambio, pude reducir la cantidad de tensión causada por las fuerzas de flexión a un máximo de aproximadamente 6.7 MPa.

Otra opción, es agregar un travesaño para ayudar a distribuir la fuerza a través de otro miembro. Esto puede agregar peso a su estructura, por lo que no siempre es preferible a Option 1 (Tendrá que considerar la diferencia entre agregar un miembro en lugar de aumentar el tamaño y el peso de la sección de varios miembros.. En este caso, agregamos un miembro de refuerzo para fortalecer la estructura:

adición-de-refuerzo-miembro

Evidentemente, agregando que un miembro de refuerzo ayudó a distribuir las fuerzas de manera más uniforme a lo largo de los tres miembros. Incluso alivió las tensiones excesivas de los miembros del otro lado. (reducido de -7.31 a -4.895 MPa). Sin embargo, tenga en cuenta, como se muestra, esto interrumpirá cualquier simetría en su estructura.

El patrón en estos miembros de refuerzo (o miembros de celosía) depende de tu diseño. Aquí están algunas tipos de armaduras y sus fortalezas y debilidades.

2. Fallo de pandeo

Esta es una falla muy común para esbeltos, miembros delgados. Pandeo es el modo de falla de un miembro estructural que experimenta altos compresivo tensiones que provocan una desviación lateral repentina. Imagínese presionando a un miembro así, Entonces eso patadas y se derrumba como tal:

En el caso de nuestro boomilever, la relación relativa de las dimensiones de la sección transversal a la longitud de los miembros hace que nuestros miembros sean más propensos a pandearse. Podemos probar el pandeo ejecutando un análisis de pandeo en el software en Resolver. Esto comprobará su modelo para ver si algún miembro tiene riesgo de pandeo.:

resultado del análisis de pandeo

Como sugiere la alerta, un número menor que 1 indica pandeo. Entonces nuestro Boomiliever está bien en este momento para pandear. Si hubo problemas de pandeo, aparecerían como miembros rojos en la estructura para que pueda identificar los miembros críticos y modificar su diseño.

Nota: El pandeo es especialmente importante en la competencia de Torres de la Olimpiada de Ciencias, ya que hay muchos miembros de la columna.

3. Conexiones / Soportes

La base y las conexiones significativas (como tu extremo distal) también debe diseñarse con anticipación. Esta parte del diseño puede hacer o deshacer el éxito de su estructura.… literalmente! Veamos primero la base de apoyo. Esto conecta dos miembros en tensión a la placa principal.. Tu estructura no debería fallar en la base. Si necesitas ayuda con esto, Referirse a Guía de Aia sobre el diseño de un boomilever, tiene una gran guía sobre un diseño de base eficaz que pesa ~ 1,5 gy apoyará 18-19 kg.

 

TL; DR

Recomendamos verificar lo siguiente para identificar cualquier área de falla de su Boomilever:

  • Identifique cualquier estrés que exceda 7 MPa. Alternar por el Estrés resultados con un límite de estrés de 7 MPa para identificar estos. Si los miembros están fallando, puedes probar:
    • Incrementar el área de la sección transversal.
    • Agregar miembros de refuerzo
    • Cambiar la formación de la estructura o el estilo de la armadura
  • Ejecutar un análisis de pandeo (especialmente para columnas o miembros verticales) y busque un valor mayor que 1
    • Acortar la longitud del miembro
    • Incrementar el área de la sección transversal.
    • Agregue miembros de refuerzo en el camino
  • Asegúrate de tener una base fuerte, no debería ser la causa del fracaso
    • Si esto es, consulte la guía de Aia para obtener un diseño de base sólido.
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