Cara paling efisien untuk membangun jembatan tusuk gigi

Di kelas batang saya, kita akan memiliki kompetisi di mana kita harus membangun jembatan tusuk gigi yang dapat mendukung sebanyak mungkin berat, sementara hanya menggunakan tusuk gigi dan lem. Inilah aturannya:

• Setiap tusuk gigi berharga $ 10.000.
• Setiap ujung tusuk gigi yang direkatkan ke ujung tusuk gigi lainnya berharga $ 10.000.
• Jembatan harus merentang setidaknya 1 kaki.
• Kami tidak dapat membuat balok ke lantai untuk mendapatkan dukungan.
• Pangkalan jembatan, bagian mobil yang akan dikendarai jika itu adalah jembatan nyata, tidak dapat memiliki celah besar di dalamnya, meskipun saya tidak sepenuhnya seberapa penting ini.
• Kami akan memiliki batas waktu ketika membangunnya, tetapi saya tidak tahu akan seperti apa. Kita bisa membawa pengering rambut untuk membantu lem lebih cepat kering.
• Itu harus menahan banyak berat, dan murah. Saya tidak tahu seberapa penting masing-masing faktor itu, tetapi saya bayangkan berat yang dapat ditahannya jauh lebih penting.

Guru saya ingin kami melakukan banyak penelitian sebelum proyek dan memiliki rencana yang jelas, jadi saya telah mencari jembatan seperti apa yang akan dibangun. Sepertinya pilihan yang jelas adalah jembatan balok, tapi aku bisa saja salah. Saya menemukan situs ini berbicara tentang bagaimana tiang penopang dapat membantu jembatan balok menahan beban lebih banyak, tetapi saya tidak begitu mengerti bagaimana itu membantu.

Jika jembatan balok adalah pilihan terbaik saya, akankah rangka secara signifikan membantu pada skala ini? Dan jika demikian, jenis rangka yang mana? Warren terlihat lebih efisien dalam hal biaya, tetapi saya tidak tahu apakah pratt atau jenis lainnya memiliki keuntungan besar. Setiap saran tentang ini akan sangat dihargai, terima kasih!

Ketika Anda membentang 10 kaki dan panjang tusuk gigi kecil jika dibandingkan, Anda memiliki cukup banyak pilihan dalam hal desain struktur yang Anda gunakan. Bahkan satu pendekatan akan merancang jembatan seolah-olah itu adalah bahan monolitik dan membangun itu sebagai jala tusuk gigi seolah-olah itu adalah model analisis elemen hingga.

Pada titik tertentu, Anda ingin memperbaiki spesifikasi Anda untuk memprioritaskan antara biaya dan kapasitas dukung beban. Dalam hal ini biaya dan beratnya hampir sama dengan pertimbangan Anda memiliki harga tetap untuk bahan (dan mungkin desain dan konstruksi 'bebas'). Sekuat mungkin dan semurah mungkin adalah masalah terbuka dan pada titik tertentu Anda perlu memilih target tertentu untuk membidik.

Mengingat bahan yang harus Anda kerjakan banyak tergantung pada sifat-sifat sambungan lem. Secara khusus, seberapa fleksibel mereka dan seberapa kuat mereka relatif dalam kompresi dan ketegangan.

Pikiran pertama saya akan menjadi jembatan lengkung girder karena ini memberi Anda struktur keseluruhan yang efisien yang dapat dibangun dari anggota yang relatif pendek. Salah satu contoh adalah Ponte dell'Accademia di Venesia dan melihat jembatan kayu industri dan pra-industri awal cenderung menjadi jalur penelitian yang bermanfaat.

Pertimbangan utama lainnya adalah bagaimana letak 'yayasan' Anda, Anda akan melihat bahwa bangunan dari tepi ke tepi di seberang sungai membutuhkan desain yang berbeda untuk melintasi ngarai atau lembah. Demikian pula jika Anda tidak perlu memiliki dek jalan yang benar-benar datar, Anda memiliki lebih banyak opsi.

Perbarui:

Setelah mengklarifikasi bahwa bentang adalah 1 kaki bukan 10 kaki (yang mungkin seharusnya saya pertanyakan di tempat pertama). Maka konstruksi box girder memang menjadi pendekatan yang cukup masuk akal. Dalam hal desain terperinci itu benar-benar kasus optimasi dan karena Anda tidak memiliki kendali atas bahan dasar (tusuk gigi dan lem) maka itu adalah pertanyaan untuk menghasilkan desain yang memenuhi persyaratan kekuatan menggunakan tusuk gigi paling sedikit. Dengan ekstensi ini berarti melihat bagaimana desain akan dievaluasi, misalnya jembatan 'terbaik' adalah yang memiliki bobot paling besar atau yang termurah yang memiliki bobot minimum spesifik.

Banyak teknik dunia nyata pada akhirnya bermuara pada kemampuan untuk mengevaluasi dan mendefinisikan masalah dengan tepat dan menemukan solusi yang baik, yaitu kemampuan untuk menentukan dengan tepat masalah apa yang Anda coba selesaikan dan bagaimana kesuksesan ditentukan.

Misalnya mengatakan bahwa ia harus membawa berat 20 lbs dan semurah mungkin adalah masalah yang didefinisikan dengan baik karena biayanya tidak lebih dari $ 500.000 dan membawa bobot sebanyak mungkin.

Anda tidak menentukan biaya lem. Jika lem itu tanpa biaya (selain ujung ke ujung seperti yang Anda sebutkan) maka kecenderungan saya adalah berpikir di luar kotak di sini.

Anda bisa mencabik-cabik tusuk gigi menjadi serat-serat (memisahkannya, menggilingnya, apa saja) dan kemudian menggunakan lem untuk membuat matriks komposit menggunakan serat-serat itu.

Anda bisa mendapatkan banyak serat berserat dari sangat sedikit tusuk gigi.

Saya tidak tahu semua peraturannya, tetapi Jika Anda bisa membawa barang-barang selain dari pengering rambut, maka saya akan membawa kantong vakum jenis penghemat makanan dan busa 10 atau 20 lbs, dan beberapa Vaseline.

Ukir bentuk negatif untuk jembatan ke dalam busa dan lapisi dengan vaseline (sebagai pelepas cetakan). Campurkan serat kayu dan lem dan sebarkan campuran ini ke dalam formulir. Selipkan semuanya ke dalam kantung penghemat makanan dan nyalakan pompa vakum untuk memberikan tekanan saat sudah sembuh.

Gunakan pengering rambut untuk memberikan panas pada semuanya untuk membantu penyembuhan saat berada di dalam tas.

Akhirnya, setelah jembatan WFRG (serat kayu yang diperkuat-lem) Anda sembuh, Anda akan menghapus semuanya dari tas, dan mengeluarkannya dari cetakan. Selesai

Saya tidak melihat batas waktu tercantum dalam pertanyaan Anda, tetapi saya akan membayangkan semua ini akan jauh lebih cepat daripada membangun jembatan yang lebih tradisional yang menempelkan masing-masing tusuk gigi, jadi saya menganggap waktu penjatahan akan cukup.

Sekali lagi, tergantung pada aturan tentang membawa barang-barang, Anda mungkin dapat membuat cetakan sebelumnya dan membawanya bersama Anda, jadi yang harus Anda lakukan selama tahap konstruksi adalah kayu rusak, campur dengan lem, aplikasikan dengan lem, aplikasikan, dan obat. .

Sesuatu yang saya pelajari sejak usia dini adalah lebih baik meminta maaf daripada meminta izin. Jika aturan tidak secara khusus melarang Anda membawa barang-barang luar ini maka saya akan mengatakan itu adalah permainan yang adil.

Saya percaya konstruksi matriks yang diperkuat serat ini bisa bekerja dengan baik. Namun saya belum pernah melakukannya sendiri, jadi saya tidak positif. Ini mirip dalam konsep fiberglass atau serat karbon, GRFC, atau FRP, dan secara konseptual akan bekerja dengan cara yang sama dan menawarkan manfaat yang sama.

Secara tradisional, produk yang diperkuat serat bekerja karena serat-seratnya kuat (secara keseluruhan, tidak sendiri-sendiri) untuk menahan beban tarik yang besar, sedangkan pengikat matriks (dalam hal ini lem) memberikan dukungan yang memadai untuk menahan serat pada tempatnya.

Karena ini adalah pekerjaan rumah Anda, saya akan melakukan penelitian Anda tentang FRP's (plastik yang diperkuat serat) dan bahan komposit lainnya untuk menentukan apakah ini memang akan bekerja untuk Anda atau tidak.

Bentuk H-Beam atau I-Beam yang menurut saya terbukti cocok.
Anda juga bisa melihat menambahkan gusset dan ribbing dalam cetakan busa Anda untuk meningkatkan kekuatan dan kekakuan pada area konsentrasi stres. Melihat aturan yang telah Anda tulis, saya tidak melihat bagaimana ini akan melanggar salah satunya.

Jika Anda memiliki akses ke perangkat lunak pemodelan 3d dan perangkat lunak FEA di sekolah Anda, Anda bisa melakukan studi optimasi untuk memberi Anda ide yang baik tentang bagaimana membangun jembatan dan di mana menambahkan gusset untuk memastikan integritas struktural. Banyak suite FEA menawarkan kemampuan untuk menerapkan bahan komposit.

Anda juga dapat melihat bagaimana banyak playset plastik dan slide dibangun. Ini biasanya plastik roto-cetak, bukan komposit, tetapi konstruksi balok dan ribbing bisa memberi Anda beberapa petunjuk tentang pendekatan yang harus diambil.

Akhirnya,

Jarak tempuh Anda mungkin bervariasi, tetapi saya akan memberi tahu Anda ini - jika saya seorang guru, yang melakukan proyek ini setiap tahun dan menyaksikan banyak siswa membuat iterasi yang tak terhitung dari desain jembatan dasar yang sama menggunakan konstruksi girder, saya akan sangat terkesan jika seseorang membawa pendekatan yang sepenuhnya baru untuk masalah tersebut.

Sikap berpikir yang berbeda ini telah membantu saya dengan baik dalam karier saya, mungkin atau mungkin tidak berhasil untuk Anda. Hanya pemikiran saja.