【数字揭秘】“权力游戏”投石机工程探索

本文摘要（由AI生成）：

本文主要介绍了作者David Roccaforte使用Altair Inspire Motion对《权力的游戏》中投石机进行工程仿真的过程。作者首先介绍了自己的背景和兴趣，然后提出了对投石机可行性的好奇心，并使用仿真软件进行了测试。作者通过建立动力学模型，模拟了CGI投石机的工作状态，并对配重和质量进行了研究。最后，作者得出结论，该节目中的投石机不可行，但通过一些工程改进和更多的木材，它将变得合理和可实施。

本文作者简介

探究投石机效能的最好方法是测试它。我使用Altair Inspire Motion创建了一个仿真模型，定义了设计约束和性能目标，模拟了投石机的工作状态。然后，我们可以将运动载荷传递到结构上，以评估初始设计的可行性，甚至对结构进行优化，创建更强大和更好的最终设计。

使用Altair Inspire的一个优点是它允许用户快速、轻松地构建概念模型，进行多次仿真迭代。在试验中几乎没有风险……事实上，我们十分建议使用这种仿真迭代的方法，因为这种快速的仿真迭代特别有助于企业更快地进入市场并降低风险。在我的例子中，作为一个极客应用工程师和超级用户，能帮助我通过构建几个虚拟模型并进行仿真测试从而满足我的娱乐精神和好奇心，Inspire是最理想的选择。

所以，回到“权力的游戏”……我穿越来到这篇文章，讨论了一些关于投石机的可行性问题，正如节目“围攻弥林”中所示。显然，我不是唯一一个考虑这些事情的人。

第三和第四项非常明显，不需要分析来证明或反驳。我想看看配重的质量和结构。我只是想知道建造一个能够承受所需的配重和动态载荷的木质结构是否可行，而不是试图精确地重建结构。

建立动力学模型来模拟CGI投石机，我进行了一些研究，以改变配重质量，确定该设计的理想重量和有效载荷质量。从那里，我使用了运动生成的载荷和拓扑优化来了解在预测负载下需要什么样的结构。

我在做了一些关于梯形铁砧质量的在线研究后，确定了一个200lbm的有效载荷质量。既然这是一个幻想的投石机，那似乎是对的。经过几次研究，我选择了一个配重块。我用了10000lb的质量，为了再增加50米的距离而增加50%或更多的负荷，我觉得不是很值得。

预计射程在350米左右，这比弓和箭还多，有了这个质量，肯定会有一次猛击。在下面的图片中，较暗的方块是一个铁平衡物，较大的棕色方块是一个木平衡物。在“权力的游戏”中，我们没有看到那么重的东西。

我检查了弹丸的释放速度，并在Altair Compose中运行了一个快速脚本来生成弹丸运动图。

使用Inspire Motion的好处在于，负载可以无缝地传递到结构的分析和优化中。我直接将负载应用于两个优化研究。

      在对这个动画进行运动研究中，配重是通过顶部的一个10比1的减速关联副提升的。在提升过程中在框架上产生了垂直和横向载荷。然后，平衡物被释放，最后，弹丸被投出，造成巨大的破坏。

最大刚度法优化，设计质量减少50%

最小质量法设计

在进行优化后，将最小质量法研究得到的优化形状结果在Inspire中用PolyNURBS进行几何重构。

分析最小质量设计，安全系数匹配10000lb配重和200lb弹丸的要求。

结果云图（所有时间步骤表现最差情况）显示的安全系数。

那么，经过这些分析，我们得出了什么结论？

如图所示，该节目中的投石机不可行。它需要更大的配重。然而，通过一些工程改进和更多的木材，这将变得合理和可实施。关于弹丸的点燃，我们可以在另一篇博文中解决这个问题。

在创建模拟模型时，我建议使用爬行、行走和奔跑的方法循序渐进。首先定义仿真的目标，然后确定模型的详细需求。为了得到简单的设计可行性结果，您可以像我在本研究中所做的那样从一个简单的条形图开始。如果您需要更详细的结果，可以将额外的增加模型的复杂程度，例如平动电机、接触和由运动载荷驱动的应力分析。