Solido contro strategicamente vuoto

Questa può essere una domanda stupida, ma è un blocco solido il 100% delle volte più forte di una parte "strategicamente vuota". Significato strategicamente vuoto, la struttura interna è progettata in modo tale da supportare la direzione di carico?

Il mio pensiero proviene da entrambi i supporti interni per la stampa 3D ma anche da progetti di bio-mimetismo. Guardando la struttura interna delle ossa, non sono solide, sarebbero sicuramente sempre più forti se fossero solide? Intuitivamente direi "ovviamente", tuttavia una struttura interna potrebbe essere progettata in modo tale che l'energia superficiale e i percorsi di carico creino una struttura più forte di un singolo blocco solido?

Se c'è un modo per progettare la struttura interna, come faresti per progettare / analizzare questo, se non c'è un modo per dimostrare che non lo è?

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— diesel
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Sembra che potresti non considerare l'importanza del rapporto resistenza / peso .

Una barra piena sarà più forte, ma peserà anche di più. Questo peso aggiuntivo metterà ulteriore stress su altri componenti e avrà anche le proprie sollecitazioni interne associate al supporto stesso (immagina un lungo raggio a sbalzo solido rispetto a uno cavo).

Spesso gli ingegneri useranno membri cavi o disegni con cinghie. Lo scopo generale dei disegni è quello di mettere il materiale dove deve essere per forza, ma cerca di non esagerare, altrimenti hai un peso che rende più difficile lo spostamento (o provoca più stress interno tra i membri).

Spesso ciò implica rendere le cose vuote, specialmente perché cose come la flessione e la torsione ottengono la massima resistenza dai punti più lontani. Massimizzi il tuo materiale dove vedresti la maggior parte delle sollecitazioni (pensa a travi I per la flessione e pali cavi per la torsione).

La natura ha questo in una scienza abbastanza buona. Le ossa e simili hanno forza dove ne hanno bisogno, ma ci sono abbastanza cavità e tali da adattarsi ad altre parti vitali dell'anatomia invece di essere piene di ossa senza tanto beneficio strutturale.

— JMac
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Per continuare: come giustamente fai notare, alleggerire qualsiasi struttura non supportata è un buon modo per ridurre l'abbassamento. OTOH, un solido masso steso a terra è molto più difficile da schiacciare rispetto a qualsiasi struttura leggera della stessa forma (e steso a terra).

— Carl Witthoft,

Non stavo prendendo in considerazione il peso in particolare, ma per i membri più grandi (in cui la massa gioca un ruolo più ampio) sei tu a battere. Pensavo più che una struttura interna progettata specificatamente per un caso di carico potesse essere più forte di un blocco solido. Quindi se i carichi fossero paralleli al suolo (riducendo al minimo il carico dovuto alla massa), una struttura complessa potrebbe essere più forte di una struttura solida?

— Diesel,

@Diesel Non riesco a vedere quanto meno materiale sarebbe più forte se non iniziassi ad ottenere effetti strani oltre la maggior parte delle analisi ingegneristiche. Per quanto ne so, non c'è proprio nulla che lo farebbe. Il fatto è che, indipendentemente dalle dimensioni totali, si riduce l'autocaricamento se si riduce la massa. Non renderà la struttura più forte, ma è possibile rimuovere la struttura dove non si prevede il caricamento. Tutto questo funziona con scale continue in cui si tratta di una solida massa di materiale. Su scale molto piccole ciò potrebbe non riuscire a causa di effetti molecolari secondari.

— JMac,

Intuitivamente direi il tuo diritto. Ma se trapani il punto di frattura di una crepa impedendone la diffusione, hai aumentato la forza. Non c'è assolutamente nessun altro caso in cui la rimozione del materiale potrebbe aumentare la resistenza. E al tuo punto sono più interessato ai volumi macroscopici e non ai singoli atomi. Il riordino della struttura molecolare può sicuramente cambiare le proprietà dei materiali, ad es. titanio monocristallino, nanostrutture ecc.

— Diesel

@Diesel Fare un buco in una crepa non lo rende davvero più forte. Le crepe sono un difetto che può propagarsi facilmente in alcune condizioni. La foratura di un foro rimuove l'errore in modo che non possa diffondersi, ma stai ancora rimuovendo la resistenza dal materiale, solo la crepa rimuove ancora più forza a causa della sua modalità di guasto.

— JMac,