התפקיד של Prototyping in Cable-Stayed Bridge Design

גשרים עמידים על כבל הם בין הצורות המשכנעות והדרישה ביותר של הנדסה אזרחית מודרנית.הם מסתמכים על איזון מורכב של כוחות: הסיפון נתמך על ידי כבלים הפועלים ישירות ממגדלים אחד או יותר, או pylons. תצורה זו יוצרת מסלולי עומס מורכבים המשתנה עם רוחות, תנועה, טמפרטורה, ואירועי סימנטל מסורתיים עבור גשרים כאלה על מודלים אנליטיים ומבחנים פיזיים בקנה מידה גבוה, אבל לעתים קרובות יכול להיות יעיל של מחזורי זמן קצר יותר.

Prototyping בהקשר זה אינו רק על המראה; זה על לשחזר את ההתנהגות המכנית החיונית של רכיב תחת עומסים ייצוגיים. עבור גשרים מוחזקים כבל, הכולל את אזורי העוגן הדליונים-ליכול, את כבל-to-deck קשרים, ואת עיצוב האווירדינמי של pylons עצמם. 3D עולה לייצר את המדידות הגיאוגרפית המורכבת שנמצאו באזורים אלה, כגון תצורה כפולה של מודלים, זיהוי מהיר, עלות, על ידי מודלים של מודלים של מודלים, עלות, עלות, עלות, עלות, על ידי מודלים מרובים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים טכניים, עלות, עלות, עלות, עלות, עלות, עלות, עלות, עלות, עלות מרובים של מודלים של עלות, עלות, עלות כפולים מרובים, עלות, עלות, עלות, עלות, עלות, עלות, עלות, עלות כפולים מרובים, עלות, עלות, על ידי בדיקות כבל-ידי בדיקות כבל-ידי מודלים של מודלים של מודלים של עלות, עלות, עלות, עלות, עלות, עלות, עלות, עלות, עלות, עלות, עלות,

יתרונות הדפסה 3D עבור Bridge Component Testing

היתרונות שמדפסת תלת-ממדית מביאה לבדיקות אב-טיפוס של רכיבי גשר המוליכים למחצה משתרעים הרבה מעבר ליצירת מודל פשוטה.הם נוגעים בכל שלב של תהליך התכנון והאימות.

פשטות מהירה וההרסה

המהירות שבה מדפסת תלת מימדית יכולה לייצר חלק פיזי אינו תואם על ידי תהליכים מסורתיים תת-טרקטיים או להרכיב. בלוק עוגן כבל מורכב שעשוי לקחת שבועות למכונה או לייסד יכול להיות מודפס בלילה.זה מאפשר לצוותים עיצוב לעבור דרך מספר רב של מסלולים באותו זמן זה ייקח כדי להשלים אבטיפוס מסורתי.עבור גשרים מכובלים, שבו אפילו שינויים קטנים בגיאומטריה או עיגולים יכול לעבור את המטענים במהירות רבה יותר, כדי לשנות את המודל הזה, לעתים קרובות יותר.

עלויות יעילות וחיסכון חומרי

ייצור אבטיפוס מסורתי כרוך לעתים קרובות פסולת חומרית משמעותית, במיוחד כאשר מאצ'ינג מבלוקים מוצקים או לייצר דפוסים עבור ליהוק.ד הדפסה 3D הוא תוסף: חומר מופקד רק במידת הצורך, צמצום הפסולת עד אפס. עבור חומרי הנדסה יקרים כגון thermoplastics ביצועים גבוהים או פחמן-פיבר-reinforced לטעון רכיבים קריטיים, חיסכון זה הוא משמעותי בנוסף, חיסול של כלי (גיל מבנים מבניים, מת, תיקון) כמעט כלולים פנימיים של חומרים מורכבים, כלומר, כלומר, כמעט, לא ניתן לשלב תכונות מורכבות, כלומר, לא ניתן לשלב.

גמישות עבור תרכובות Geometries

רכיבי גשר, במיוחד אלה במערכות מותאמות לכבל, לעתים קרובות עקומות תכונה, מדבקות, חללים פנימיים שקשה או בלתי אפשרי לייצר עם שיטות קונבנציונליות. 3D הדפסה לכפות מעט מאוד מגבלות גיאומטריות.מהנדסים יכולים לעצב pylon-סעיף עם זרם אווירודינמי שנאסף, משלב ערוצי כבל עם תנוחות מורכבות, או ליצור חפיסת שטח עם ניתוח חוצה-מתאים מתקדמים יותר מאשר צורות של 3D רלוונטיות, לעומת זאת, מאשר אב-טיפוס של חומר אופציונלית, לעומת זאת, לעומת זאת, מאשר צורות אב-טיפוס של 3D, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, מאשר צורות מורכבות יותר, מאשר אב-טיפוס, מאשר אב-טיפוס של 3D, מאשר תכונות מורכבות יותר, מאשר צורות מורכבות יותר, מאשר צורות מורכבות יותר, מאשר צורות מורכבות יותר, מאשר סימטריות, מאשר אב-טיפוס, מאשר סימטריות, מאשר צורות מורכבות יותר, מאשר מודלים של 3D, מאשר צורות מורכבות יותר, מאשר מודלים של 3D, מאשר מודלים של 3D, מאשר מודלים של חומר של חומר של חומר של חומר של חומר אופציונליות, מאשר צורות מורכבות יותר, מאשר מודלים של 3D, מאשר צורות מורכבות יותר, מאשר אופציונליות, מאשר מודלים של חומר סימטריות, מאשר

גילוי מוקדם של בעיות סטריקטליות ואסיפה

אבטיפוס פיזי חושף נושאים שקשה לתפוס סימולציה טהורה.לסובלנות מחסניות, הפרעה בין רכיבים, ואת ארגונומיה של רצפי ההרכבה להיות גלוי כאשר טיפול בחלקים אמיתיים. עבור גשרים מוחזקים כבל, ההיערכות של כבלים, ההתאמה של עיגון, ואת נתיב העברת העומס דרך נודים ניתן לבדוק באופן חזותי ויקר.

חומרים ושיטות עבור 3D הדפסה Prototypes

בחירת תהליך החומר הנכון והדפסה חיונית כדי להבטיח כי התנהגות מכנית של אב הטיפוס תואמת באופן אמין עם המרכיב בקנה מידה מלא.המטרה אינה לשכפל את המאפיינים החומריים המדויקים של פלדה או בטון, אלא כדי להשיג נוקשות דומה, כוח וכשלונות בקנה מידה המעבדה.

חומרים נפוצים

  • (FLT:0)FDM (Fed Deposition Modeling) עם הנדסה Thermoplastics:cioFLT:1 חומרים כגון ABS, פוליקרבונט, PEI (Ultem), ופולימיד נמצאים בשימוש נרחב עבור אבטיפוס מבניים.הכוח העפיל שלהם, ההתנגדות הנוקשות, ויציבות תרמית ניתן לבחור לחקות את הגמישות של פלדה מבנית או בטון.
  • (FLT:0Stereolithography (SLA) ו עיבוד אור דיגיטלי (DLP): irFLT:1 תהליכים המבוססים על שרף אלה מייצרים חלקים עם סיום משטח מעולה דיוק ממדי, אשר מועיל עבור profiling aeroדינמית ו ההרכבה מתאימה בדיקות.
  • (FLT:0) ליטר לייזר (SLS) של ניילון או זכוכית-Filled ניילון:FLT:1 חלקי SLS יש תכונות איזוטרופיות אחידות ניתן לטעון בכיוונים מרובים, מה שהופך אותם מתאימים לבדיקת צמתים מורכבים של כינורות מורכבות שבו מתרחשות מצבי לחץ רב-לשוני.
  • (FLT:0)Metal 3D הדפסה (DMLS / EBM): FLT:1 עבור בדיקות נאמנות גבוהה של רכיבי פלדה קטנים כגון לוחיות, כבלים, או אזורי hing, לייזר מתכת ישיר חיטוי או אלקטרונים להיות ממיסת יכול לייצר אבטיפוס מפלדה, טיטניום, או ממר פלדה יקרה יותר, אבטיפוס אלה ניתן לבדוק מלא עד כדי בדיקה מלאה.
  • (FLT:0) Reinforced Filaments:FreaLT:1) סיבים פחמן רציף או Kevlar-reinforced 3D הדפסה (למשל, טכנולוגיית מארקוריד) מאפשר חלקים עם נוקשות וכוח דומה אלומיניום או אפילו פלדה פחמן נמוכה, בתוך גבולות של נפח הבנייה.זה חשוב במיוחד עבור פלחי טיפוס אשר חייב לשאת כפייה בקנה מידה גדול ועומסים.

הדפסת טכניקות ו- Scale Constraints

רוב מדפסות שולחן העבודה ו 3D תעשייתיות לבנות כרכים המוגבלים לכ-300 עד 500 מ"מ במימד הארוך ביותר.עבור אבטיפוסי גשר מבוססי כבל, אשר עשויים להיות צריכים לייצג pylons הרבה מטרים, רכיבים מודפסים בדרך כלל בקנה מידה של 1:50 עד 1:20, שימוש בשילוב של אג"ח, ריצוף, או בידוד חתיכות מודפסות, גדול יותר כמו אלה יכול להיות בנוי לדוגמה, כוח הכבידה של 10.

מחקרים ב 3D מודפס גשר Prototyping

מספר קבוצות מחקר וחברות הנדסה הגישו בהצלחה הדפסה תלת-ממדית כדי לאמת רכיבים של גשרים מוחזקים כבל ואחרים התומכים בכבלים.

Prototype Cable Anchorage for a Cable-Stayed Footbridge

באוניברסיטת שטוטגרט, מהנדסים השתמשו ב-SLS של ניילון מלא זכוכית כדי לייצר אבטיפוס בגודל 1:5 של צומת כבל-anchorage המיועד לגשר הולכי רגל.חלק היה כלי עם זנים ו נתון עומסי מתח מחזוריים המייצגים 5 שנים של תעבורת הולכי רגל יומיומית.המבחן גילה אזור סדקים שלא נידח על ידי המודל הסופי עקב לחץ מקומי מזווית של 5%, ולא היה משקף את העלות של 3 שבועות של חומר זה.

גשר Vehicular Bridge

חברת הנדסה אזרחית גדולה השתמשה ב-FDM הדפסה עם פוליקרבונט כדי ליצור מודל בקנה מידה 1:10 של פלח פלדה היברידית-concrete הסיפון מעיצוב גשר מכווחזק כבל.הטיפוס שילב את הגיאומטריה המורכבת של ה-Shear ואת סידור prestressing duct.60,000 בדיקות טעינה בתוך ארבעה נקודות bending ההתקנה של עקומת המטען וזיהה מוקדם של כישלונה בשלב הראשון של 2 שבועות מודפסים, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, ולאחר מכן, לקח את עלות שלב שני של 2 שבועות, לאחר מכן, החל את עלות הדפסה, החל את עלות הדפסה, ולאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, 000 $ 3 נקודות-שלבי פלדה, היה מתואם, היה מתואם, 000 $ 3-שלבי פלדה, 000, 000, היה מתואם, 000, 000, 000 $ דפוס דפוס דפוס דפוס דפוס דפוס דפוס, היה מתואם, לאחר מכן, 000, היה מתואם את עלות הדפסה, 000 $ 3-שלבים, 000 $ 3 נקודות-שלבים, 000 $ עלות כפול, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, לאחר מכן, 000 עלות הדפסה, 000, 000, 000, 000 על

הדפסה 3D עם סימולציה דיגיטלית

הערך המלא של הדפסה תלת-ממדית בבדיקת אב-טיפוס הוא הבין כאשר הוא משולב עם ניתוח חישובי.מהנדסים מתחילים בדרך כלל עם מודל יסוד סופי (FEM) של הרכיב, ולאחר מכן להשתמש הדפסה תלת-ממדית כדי לייצר פונדקאית פיזית אשר התנהגותו יכולה להיות בהשוואה לסימולציה.זה יוצר לולאה משוב רבת עוצמה: פערים בין תוצאות הבדיקה לינארית ותחזיות FEM מצביעים על אי דיוקים במודל (כגון מודלים פיזיים), כגון: לדוגמה, או מודלים לא-טיפוסיים (למשל, כגון: כבלים) או מודלים פיזיים (למשל, כגון: חלבון) או קודרמים פיזיים (למשל, כלומר, אם הם סימנים סטנדרטיים).

יתר על כן, הדפסה תלת-ממדית מאפשרת שילוב של חללים פנימיים להטמעת חיישנים – מדמונים, מד תאוצה, מדחום, תרמוקופסים – באופן ישיר במהלך תהליך ההדפסה.זה בלתי אפשרי עם מכונאים קונבנציונליים ומפחית את הסיכון של אי-חליפציה חיישן.הנתונים שנאספו מחיישנים משובצים אלה מספקים תובנות גבוהות לנתיבים עומסים ומפיצים.

אתגרים ומגבלות

למרות היתרונות הרבים שלה, הדפסה תלת-ממדית לבדיקת אב-טיפוס של רכיבי גשר מוליכים כבל אינה ללא אתגרים. אחד מגבלה גדולה היא הכוח והנוקשות של חומרים מודפסים ביחס פלדה מבנית או ביצועים גבוהים קונקרטיים, בעוד שגורמים בקנה מידה יכול להיות מיושם, ובמיוחד סדקים חזקים במיוחד יכול לחקות כמה תכונות, שכפול ישיר של מודולולי לינארי הוא לעתים קרובות בלתי אפשרי.

אתגר נוסף הוא הצטברות נפח.כפי שהוזכר, רוב מדפסות תלת מימדיות לייצר חלקים קטנים יותר מ-1 מעוקב.בדיקה של אסיפות בקנה מידה גדול כגון סעיף מלא של גשר או קטע פיילון ולכן דורש הדפסה ו assembling חלקים רבים. Joints בין חתיכות מודפסות עשוי להציג נקודות חלשות שאינן קיימות במרכיב המלא מונוליטי או אג"ח, ולכן דורשות מכניות יקרות, אך הן יכולות להוסיף תכונות מתכתיות ואפקטיביות של 3.

חומר אנזוטרופי הוא שיקול אחר. תהליכי הדפסה תלת מימדיים רבים מייצרים חלקים עם דבקות סטרילית חלשה, המוביל לעוצמה נמוכה יותר בפעולת הבנייה בהשוואה לכיוון המטוס.יש לאפיין את ההתנהגות האנזוטרופית הזו, ולהושם בניסויי אב-טיפוס.מהנדסים לעתים קרובות או להקל על הכיוון העיקרי של הרכיב, אך לפעמים זה לא אפשרי פוסט-מעבד כמו אנצופרציה אוטציה היא לשפר את הכיוון הבנייה.

לבסוף, העלות של חומרי הדפסה תלת מימדיים תעשייתיים והשקעה הון במדפסות בפורמט גדול יכולה להיות משמעותית. בעוד זה זול יותר מאשר נטייה מסורתית עבור גיאוגרפיה מורכבת, עבור צורות פשוטות שיטות מסורתיות עדיין יכול להיות יותר כלכלי. הבחירה תלויה המורכבות של הרכיב, הצורך בהצתה, ואת הדלנות הנדרשת.

אפשרויות לעתיד ומגמות מתפתחות

תחום בדיקות אבטיפוס 3D מודפס עבור רכיבי גשר מתפתח במהירות.מספר מגמות מצביעות על שילוב גדול יותר של ייצור תוספת לתוך צינור עיצוב הגשר.

(FLT:0)Large-Scale 3D הדפסה עבור Bridge Components:003) מערכות ייצור תוספים רובוטיים כבר מסוגל להדפיס חלקים עד 6 מטרים לאורך באמצעות בטון, קצף, או תרכובות תרמופלסטיות.העומסים:2MX3D גשר FLT 3 באמסטרדם הוכיחו את הפוטנציאל של הדפסה שלמה בפלדה.

(FLT:0) Multi-Material ו-functionalth Printing:FLT:1 מתפתח מדפסות רב-חומריות יכול להפקיד חומרים שונים בעבודה מודפסת יחידה, המאפשר אבטיפוס שיש להם אזורים נוקשים וחזקים (למשל, פחמן-פיבר מחזק שכבות) בשילוב עם אזורי גמישות או לחות.

(FLT:0) אינטגרציה עם אופטימיזציה טופולוגיה: אלגוריתמי אופטימיזציה של טופולוגיה 1 תיצור עיצובים כי המקום חומר רק במידת הצורך בביצוע מבני. 3D הדפסה היא שיטת הייצור הטבעית של צורות אורגניות, הנדסת אטיצ'ה יכול כעת להתאים את סעיף צלב pylon עבור משקל מינימלי ונוקשות מכוחות כבל, הדפסה אבטיפוס, לאמת את התחזיות של אופטימיזציה זה קרוב בין עיצוב פיזיקלציה.

(FLT:0) תאומים ו- In-Situ Monitoring:FLT ( 1:1 A אבטיפוס מודפס עם חיישנים משובצים יכול להיות מחובר לתאום דיגיטלי - מודל חישובי בזמן אמת המשקף את ההתנהגות המדוכמת של האב-טיפוס.כפי שמשתמשים בהם, עדכונים תאום דיגיטליים לחיזוי מצבים מתח ולהישאר בחיים. גישה זו מאיצה אימות ומספקת תובנות עמוקות למנגנונים עבור שעות ארוכות טווח, שבו ניתן לדגום טיפול קצר של טיפול תרופתי, תוך כדי טיפול תרופתי, כמה שנים של טיפול תרופתי, תוך שימוש ברקמות טיפול תרופתיות, תוך כדי טיפול תרופתיות, תוך כדי טיפול תרופתיות, תוך כדי טיפול תרופתיות, מספר ימים של טיפול תרופתיות, תוך כדי טיפול ברקמות טיפול ברקמות טיפול ברקמות טיפוליות, שימוש ברקמות טיפוליות, תוך כדי טיפוליות, שימוש בדלקתיים, תוך כדי טיפוליות, תוך שימוש ברקמות טיפול ברקמות טיפוליות, תוך כדי טיפול ברקמות טיפוליות, תוך שימוש ברקמות טיפוליות, תוך שימוש ברקמות טיפוליות, שימוש במקרים של טיפוליות, תוך כדי טיפוליות, שימוש במקרים של טיפול בכיסוי של טיפוליות, החלות של טיפול במקרים של טיפול ברקמות טיפול ברקמות טיפול ברקמות טיפול בכיסוי של טיפול ברקמות טיפול ב

לסיכום, היישום של הדפסה תלת-ממדית לבדיקת אב-טיפוס של רכיבי גשר מוחזקים כבל הוא שיטה מוכחת, עלות-חסכונית שמשפרת את דיוק העיצוב ולהפחית את הסיכון לפרויקט.על ידי מתן אפשרות מהירה של היסוס, גיאוגרפיה מורכבת, וגילוי מוקדם של פגמים, ייצור תוספת מעצב מחדש כיצד מהנדסים להתקרב אימות של מבנים תובעניים אלה.