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构件规模效应:复利效应大于规模经济

时间:2023-11-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:事实上,由于存在一种“复利”的效应,其构件肯定会比简单规则表明的更粗也更笨重。这个平方-立方律长期以来一直被生物学家和工程师到处传播。出于这个原因,虽然重量会随大小不成比例地增加,但其害处比平方-立方律揭示的要小得多。在实践中,这个害处可能大于各种“规模经济” 的抵偿。虽然他的巨轮失败了,但布鲁内尔的认识是正确的,这也是为何我们今日可建造像超大油轮这样的大船。

构件规模效应:复利效应大于规模经济

还记得很久以前,伽利略曾想到,鉴于结构的重量随其尺寸的立方增加,而负载构件的横截面积仅随尺寸的平方增加,所以在几何上相似的结构,其材料中应力的增加应与其尺寸成正比。由此可见,对于易因自重直接或间接引发拉伸断裂以致失效的结构,尺寸越大,其比例上就一定越粗壮。事实上,由于存在一种“复利”的效应,其构件肯定会比简单规则表明的更粗也更笨重。因此,可以预料所有结构的大小都可能会受到相当严格的限制。

这个平方-立方律长期以来一直被生物学家和工程师到处传播。先是赫伯特·斯宾塞(Herbert Spencer),之后是达西·汤普森,都说过它限制了像大象这样的动物的大小,而且,工程师们过去常解释说,它使建造比既有的那些还要大的船舶或飞机沦为空想。尽管如此,船舶和飞机还是变得越来越大了。

实际上,平方-立方律似乎只适用于希腊神庙的楣(用脆弱且沉重的石块建成)、冰山、冰川(由脆弱且沉重的冰构成),以及果冻和奶冻之类的东西。(www.xing528.com)

如我们所见,在许多精致的结构中,承压构件的重量很可能是承张部分的几倍。因为承压构件很可能因屈曲而失效,所以要想让它们变得更有效,它们需要承受的载荷就要更大,即该结构就要建造得更大。出于这个原因,虽然重量会随大小不成比例地增加,但其害处比平方-立方律揭示的要小得多。在实践中,这个害处可能大于各种“规模经济” 的抵偿。例如,对于一艘船、一条鱼、一架飞机或一只鸟,运动的阻力几乎与表面积成比例,随着尺寸的增加,这个面积会与重量成比例地减小。这一领悟促使布鲁内尔设计出大东方号。虽然他的巨轮失败了,但布鲁内尔的认识是正确的,这也是为何我们今日可建造像超大油轮这样的大船。此外,如我们在第5章所见,大型动物的尺寸更有可能受限于其骨骼的“临界格里菲斯裂缝长度”,而非受到平方-立方律的制约。

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