5 ting legoklodser kan lære om konstruktionsteknik

Blok for blok, et plastafsnit ad gangen, børn og voksne rundt om i verden konkurrerer om at bygge planetens højeste Lego -struktur. En ny rekordhugger, måler 102 fod (31,09 meter) høj, brugt cirka 500, 000 blokke for at stige højt op i byluften [kilde:World Records Academy].

Men for dem af os, der ikke ønsker at slå rekorder, at konstruere selv et fodhøjt design tager omtanke. Vil din struktur være afbalanceret og ikke vælte? Er basen bred nok til at understøtte den? Kan din Lego -skabelse modstå naturens kræfter - eller endda familiekatten?

At lege rundt og eksperimentere med Lego rækker ud over barndommens spilletid. Faktisk, disse blokke og produkter giver en praktisk mulighed for at lære det grundlæggende om Strukturteknik , et område, hvor eksperter undersøger lignende spørgsmål under udformning af bygninger, broer, biler, dæmninger, stadioner og andre store strukturer.

Det ultimative Lego-imperium og den virkelige konstruktionsteknik har to ting til fælles:forståelse for fysik og kreativitet . Så længe du kender begrænsningerne for de materialer, du arbejder med, der vil være færre problemer med at fremkalde din plastikoprettelse - og måske andre strukturer, efterhånden som du bliver mere avanceret.

Skala er alt, især hvis du vil bygge en kopi af et berømt vartegn eller en bygning. Læs, hvorfor skala også er vigtig for ingeniører på den følgende side.

1. Bygger i målestok
2. Indlæsning af begrænsninger
3. Sådan afstiver du
4. Design omkring naturen
5. Spænding og kompression

5:Bygger til målestok

Størrelsesbegreber er vigtige for både Lego -byggeri og konstruktionsteknik. Trods alt, du vil bygge noget, der er stort nok til dit legetøjs minifigur og hans venner, ret?

Godt, det samme koncept gælder for ingeniører, der skaber rum, der er store nok til at rumme et ønskeligt antal mennesker. Selv i betragtning af slutresultatet, der er en vigtigere grund til at tænke på skala:det kræver planlægning og modellering af din struktur, før du tackler den ægte vare - et must for konstruktionsingeniører og arkitekter.

Sig, at du vil bygge en gengivelse af Eiffeltårnet med legoklodser. Inden du samler det antal stykker, du skal bruge, det er en god idé at bestemme omfanget af dit projekt, og hvor stort det bliver. Dette giver dig mulighed for at skabe kernen i strukturen med murstenene i en mindre skala. Byggeri i målestok sætter også byggematerialer i perspektiv, kræver, at du indrømmer deres begrænsninger. Jo større struktur, jo lettere vil du have med at indarbejde kurver og buer i den, selv når du bruger rektangulære mursten. Hvis du især er klar til udfordringen, du kan bruge matematik til at reducere tidligere Lego -projekter ved at opdele sektioner i mere håndterbare størrelser.

Himlen er grænsen - selv med Lego -produkter. Men er din struktur funktionel? Få mere at vide på den næste side.

4:Indlæsning af begrænsninger

Indlæsning af begrænsninger kan påvirke, hvordan konstruktionsingeniører griber et givet projekt an. Selvom udtrykket måske ikke lyder bekendt, det er dybest set en måde at stille spørgsmålstegn ved, hvad der vil ske, når vægt eller andre faktorer påvirker en struktur eller et objekt.

Ved at bruge Lego klodser, du kan bedre forestille dig to grundprincipper, ingeniører overvejer: statisk belastning og dynamisk belastning . Statisk belastning inkluderer vægten og trykket på strukturen, mens den er stationær, mens dynamisk belastning refererer til, hvordan ydre kræfter virker på strukturen, mens den bruges. For eksempel, hver bygning har sine fysiske grænser for, hvad den kan understøtte - sin statiske lastekapacitet. Men hvad med noget, der er lidt mere mobilt - f.eks. Et fly, der er designet til at rumme passagerer og altid ændrer flyveforhold? Ingeniører skal overveje disse faktorer for at sikre, at når et fly er dynamisk belastet (med mennesker, og i luften) det er sikkert og effektivt.

For at teste dynamiske belastningsbegrænsninger, bygge en Lego -bro og derefter bruge en fjernbetjeningsbil eller trækassebiler i forskellige vægte til at se på, hvordan de påvirker strukturen, når de bevæger sig hen over den. Spænder en af ​​bjælkerne under den ekstra vægt? At lege med dynamisk læsning er langt mere effektivt end at læse om det i en lærebog, hvor vægte og tal ikke er håndgribelige.

Næste op, vi taler om, hvad enhver seriøs Lego -bygger skal vide.

3:Sådan afstiver du

At vide, hvordan man bruger mursten til at forstærke en strukturs styrke, vil ikke kun give dig en fordel, mens du bruger Lego -produkter, men det kan også hjælpe dig med at vikle din hjerne omkring de komplekse strukturer i hele dit Lego -fællesskab.

Lad os sige, at du opretter en malerisk miniaturlandsby og indser, at en bygning ikke er særlig stabil, og at den vælter. Ved afhentning, du indser, at det stadig er relativt intakt. Skal du skrotte det?

Ikke nødvendigvis. Se om du kan yde ekstra support igennem afstivning , eller tilføjelse af yderligere stykker til støtte. For en bygningsingeniør, takstænger, søjler og bjælker skal gøre tricket, men stikpinde og aksler vil give ekstra støtte til hans Lego -pendant. Også, det er klogt at spørge dig selv:Var du stabling af uoverensstemmende stykker, eller byggede du med de samme typer mursten oven på hinanden? At bruge de samme typer stykker til stabling er en god strategi for at gøre strukturer mere stabile.

Geografi og vejrmønstre påvirker, hvordan ingeniører skaber en struktur. Hvordan kan du teste disse forhold ved hjælp af Lego -produkter?

Selvom de to erhverv ofte samarbejder, bygningsingeniører og arkitekter udfører forskellige job. Tit, arkitekten kommer med et design og arbejder sammen med en konstruktionsingeniør for at se på planens sikkerhed og effektivitet.

2:Design omkring naturen

Flere konkurrencer og visuelle eksperimenter har brugt Lego -projekter til at modellere faldgruberne ved konstruktionsteknik under naturbegivenheder som jordskælv. Konkurrenter lærer hvordan seismisk belastning , eller den ekstra belastning, en bygning udholder under et jordskælv, påvirker deres småskala strukturer.

Hvad både Lego -bygherrer og konstruktionsingeniører kollektivt indrømmer, er, at der skabes en robust model - eller endda en rigtig bygning, for den sags skyld - kræver forståelse af en række seismiske bølger og de problemer, de udgør. Da nogle områder i Nordvest oplever både lav- og højfrekvente skælv, ingeniører udfordres til at designe bygningskonstruktioner, der kan modstå begge dele.

For at skabe stærkere bygninger, der kan modstå skælv, studerende laver strukturer med tungere toppe eller indsætter understøtningsrammer mellem gulve eller lag af bygninger, meget gerne hvad et konstruktionsteknisk team ville gøre. Derefter, de udfordrer deres strukturer ved at placere dem i jordskælvsimulatorer for at se, hvilket design der fungerer bedst. Ideen er at lade naturlig innovation tage fat, da nogle projekter fremsatte nye ideer, der er værd at afprøve i større skala.

Hvad holder komponenter i din Lego -bro sammen? Find ud af, hvilket konstruktionsteknisk koncept du kan lege med i din stue på den næste side.

1:Spænding og kompression

Nogle broer ser ud til at trodse fysik, med massive stykker ophængt midtluft. Det viser sig det samme koncept, der gør dette muligt også fungerer i mindre skala med Lego -projekter derhjemme.

Spænding (trækkræfterne på materialer) og kompression (trykket på materialer), give mange strukturer en flydende effekt. For Lego -elskere, Du kan prøve at suspendere dele af strukturer ved at oprette dine egne buer og broer. Truss broer, i særdeleshed, bruge spænding og kompression for at få arbejdet udført. Det er også vigtigt at huske på materialets stivhed, da det vil give mere eller mindre under ekstra pres.

Oprindeligt udgivet:13. sep. 2011

Masser mere information

relaterede artikler

• 5 ting, Jenga kan lære dig om konstruktionsteknik
• 5 fantastiske elementer af grøn arkitektur
• Er stål stadig det bedste materiale til byggeri?
• Hvad var den første stålrammede skyskraber?
• Sådan fungerer geodesiske kupler

Kilder

• Hamilton, Linda. "Friktion og bilbygning." LEGO Links of Linda Hamilton. 7. april kl. 2001 (17. september, 2011) http://www.marshall.edu/lego/lessonplans/Car1.html
• Institutionen for strukturelle ingeniører. "Om konstruktionsteknik:læringszonen." (10. september, 2011) http://www.istructe.org/about_structural_engineering/learning_zone/Pages/default.aspx
• Kuester, Falco, og Tara Hutchinson. "Et virtualiseret laboratorium til uddannelse i jordskælvsingeniør." Computerapplikationer i ingeniøruddannelse. 15, 1. s. 15-29. 2007 (10. september, 2011) http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cae.20091/abstract
• LEGO Engineering. "Lektionsplan/aktivitet:Robust bygning." (12. september, 2011) http://www.legoengineering.com/index.php?option=com_community&Itemid=59&c=item&id=235
• Melchior, Alan, Cohen, Faye, Skærer, Tracy, og Thomas Leavitt. "En evaluering af den FØRSTE robotikekonkurrence deltager og institutionelle virkninger." April 2005 (10. september, 2011)
• http://428355761930069868.weebly.com/uploads/6/3/7/1/6371896/first_study.pdf
• Pacific Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley. "Læring med LEGO:School-University Partnership (SUP) for Earthquake Engineering Education." (10. september, 2011) http://peer.berkeley.edu/education/learning_lego.html
• USFIRST.org. "USA FØRST:Om os." (10. september, 2011) http://www.usfirst.org/aboutus/vision
• Vamplew, Peter. "LEGO Mindstorms Robots som en platform til undervisning i forstærkningslæring." International konference om kunstig intelligens inden for videnskab og teknologi. 2004 (10. september, 2011) http://eprints.utas.edu.au/104/
• Wang, Eric, LaCombe, Jeffrey, &Rogers, Chris. "Brug af LEGO Bricks til at udføre tekniske eksperimenter." Proceedings of the American Society for Engineering Education Årlig konference og udstilling i 2004. 2004 (10. september, 2011) http://soa.asee.org/paper/conference/paper-view.cfm?id=20495
• World Records Academy. "Højeste LEGO Tower:Brasilien Børn satte verdensrekord." 11. april kl. 2011 (10. september, 2011) http://www.worldrecordsacademy.org/biggest/tallest_LEGO_Tower_Brazil_children_sets_world_record_112203.html