为学生建模轻木塔, 使用科学奥林匹克应用程序

了解如何对轻木塔设计进行建模和模拟,以及如何通过以下方法改进塔的设计和强度 科学奥林匹克应用. 本教程着眼于模型中的各种元素以及现实生活中的结构工程原理,以优化您的设计并获得更高的分数!

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安装科学奥林匹克应用程序

SkyCiv Science Olympiad 应用程序安装在 SkyCiv Structural 3D 应用程序之上,可为您的设计提供实时评分. 它将为您提供规则, 结构重量, 结构能力和设计的总体得分! 这是在行动:

Steel Silo Structure

该应用程序易于安装, 只需登录然后访问您的 软件设定 打开科学奥林匹克应用程序. 重新打开 Structural 3D,您将看到该应用程序现在可以在 插件.

添加模板模型

该应用程序允许用户添加模板结构, 它将根据以下必要的要求 2023 竞赛要求:

  • 4 支持 (位于正确的位置和支持类型)
  • 2 x 所需位置的面积荷载 (必须是 5x5cm 的正方形)
  • 4 x 所需位置和大小的点载荷, +z 方向 – 模拟风荷载
  • 5x5cm 横截面 ID
  • 3 x Balsa 级材料可供选择 (重的, 中等和轻型)
  • 一些连接您的结构的入门成员
Steel Silo Structure using Plates

该结构是您可以构建的示例, 但我们强烈建议您设计自己的结构以获得尽可能高的分数!

了解模型的各个部分

您的结构模型由以下元素组成, 基于两部分:

(1) 几何

  • 节点数: 这些是几何图形中最重要的部分,并定义成员的开始/结束, 支持的位置等等。. 它们只是由特定的 x 定义,和,z坐标
  • 会员: 这些是 2D 线元素,用于表示梁/柱或任何其他轻木元素. 成员还有一个已定义的部分 ID, 它告诉软件使用什么横截面
  • 栏目: 这些是成员横截面. 您可以通过在部分生成器中打开它们来查看它们:
optimizing sections
(2) 边界条件 + 负荷
  • 支持: 这些会限制您的模型并防止其移动. 对于塔,这些位于模型的底部 – 固定在地面上. 这些可以是不同的类型, 取决于它限制结构的方向
  • 区域负荷: 面积荷载是自动施加到构件上的压力. 这些可能是静载, 活荷载, 雪荷载等…
  • 点载荷: 该模型中的点载荷是模拟风载荷. 点载荷是集中到节点的单一力.

测试你的结构

一旦您对模型感到满意并想要测试它, 点击 测试结构. 应用程序将返回以下结果:

Design Steel Silo Structure

以下是本次运行的主要结果和信息:

  1. 结构重量 – 根据您的设计所用材料的数量来衡量结构的重量
  2. 结构能力 – 结构在失效前能承受多少重量
  3. 表现得分 = 结构容量 / 结构重量
  4. 失败标准 – 为您提供有关结构失败原因的摘要, 这样你就可以改进你的设计

优化您的设计

有两种方法可以让我们取得更好的成绩, 我们需要要么 (1) 减轻重量, 要么 (2) 增加力量. 通过审查失败标准 (这本质上是模型中最薄弱的部分), 您可以通过加强结构的该部分来改进您的设计.

例如, 注意到该成员 19 由于 Z 方向弯曲应力过大而失败. 你可以运行一个完整的 解决 在可视化工具中看到这个, 但该应用程序给了我们这个 失败标准:

Design Steel Silo Structure

通过增加截面尺寸, 我们可以加强整个结构. 具有更强的截面 (将截面从 5x5cm 增加到 8x8cm) 该成员现在有更多的能力来承受这个重量. 结果是, 我们的结构承载力从3.8公斤增加到4.5公斤,整体得分更高:

Design Steel Silo Structure using Plates

您还可以尝试以下一些方法来提高结构容量:

  • 在关键位置添加成员
  • 增加截面尺寸或材料等级强度
  • 以特定方式为您的成员建模,以充分利用其轴向强度, 例如构建桁架式结构
  • 删除或最小化零或负载不足的成员的存在

常问问题

只需通过以下方式购买团队帐户 www.skyciv.com/olympiad

允许团队的其他成员访问 SkyCiv, 只需分享您的用户名和密码. 他们将能够看到您的模型并为您的设计做出贡献.

重要的: 请将您的密码更改为您常用的个人密码以外的密码,以保护您的个人信息. 我们建议使用您的团队名称 + 唯一的号码.

这些基于您当地的比赛规则. 请询问您的比赛组织者确认积分负荷应该是多少.

是的, 您可以保存模型并稍后重新打开它. 该模型保存在云端,以便您可以更换设备, 或让团队的其他成员查看/编辑模型.

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