数位解密:一名工程师检视《权力的游戏》的武器
用工程模拟破解中世纪神话
用工程模拟破解中世纪神话
作为HBO热门中世纪奇幻剧《权力的游戏》(Game of Thrones)的狂热粉丝，我经常对我们在剧中史诗般的战斗场景中看到的武器的可行性感到好奇。我对巨大的投石机特别感兴趣，这是投石机的一个奇特的名字，在剧中的攻城战中经常使用。这种强大的弹射器利用一个摆动的手臂和平衡物将弹射物抛过和穿过坚固的城堡墙壁，并射向迎面而来的士兵。当然，只有像我这样的工程师才能在痴迷于投石机的合理性的同时，暂时放弃对龙和冰僵尸的怀疑。但我仍然在想，屏幕上描绘的计算机生成机制是否符合物理定律?
要了解投石机的性能，最好的办法就是测试它。我使用的是Altair InspireTM创建运动仿真模型，定义设计约束条件和性能目标，然后模拟弹射器的动作。然后，我们可以将运动负载转移到结构上，以评估初始设计的可行性，甚至优化几何结构，以创建一个更强大和表现更好的最终设计。
使用Altair Inspire的优点之一是，它可以让用户快速轻松地构建概念，模拟多个迭代。实验几乎没有风险……事实上，我们推荐这种迭代方法，因为它特别有助于企业更快地进入市场并降低风险。以我作为一个极客应用程序工程师和超级用户的情况来说，Inspire是一个理想的帮助我通过建立几个虚拟模型并将它们投入测试来满足我的娱乐好奇心。
所以，回到《权力的游戏》，我偶然发现了这个博客，讨论了一些在《权力的游戏》围攻弥林时使用投石机的可行性问题。显然，我不是唯一一个在想这些事情的人。
作者列出了几个基本问题:
1.配重是不够的
2.没有足够的结构来支撑所需的平衡物
3.你要怎么装弹?
4.你如何点燃射弹?
第3项和第4项是非常明显的，不需要分析来证明或反驳。我想看看配重的质量和结构。而不是试图重建结构完全，我只是想知道是否可以建立一个木质结构，可以处理所需的平衡重量和动态负荷。
运动学是用来模拟CGI投石机的我进行了一些研究来改变配重质量来确定这个设计的理想重量和有效载荷质量。从那里，我使用运动产生的荷载和拓扑优化，以查看什么样的结构将需要生存的预测荷载。
在做了一些关于ACME铁砧质量的在线研究之后，我确定了200lbm的有效载荷质量。既然这是一个虚幻的投石机，那似乎是对的。经过几次研究，我选择了一个配重块。我用的是1万磅的重量如果增加50%或更多的载荷就不值得再多跑50米了。
预计射程约为350米，比弓箭还高，这样的质量肯定会给人以重击。在下面的图片中，深色的块是一个铁平衡块，较大的棕色块是一个木制平衡块。在《权力的游戏》的投石机中，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。
与Inspire Motion一起工作的美妙之处在于，负载被无缝地转移到结构分析和优化中。我直接将负载应用于两个优化研究。
在这个动画运动研究中，平衡重是用一个10比1的减少耦合器在顶部。这在提升过程中产生了垂直和横向载荷在框架上。然后，平衡重被释放，最后，弹丸被释放造成破坏。
这个设计可行吗?
那么，在所有这些分析之后，我们得出了什么结论?剧中的投石机不可行。这绝对需要更大的配重。然而，多一点工程和更多的木材，这是可行的。关于射弹的照明，我们可以在另一篇博文中解决这个问题。
爬行、行走、跑步
在创建模拟模型时，我建议采用爬、走、跑的方法。首先定义模拟的目标，并让它确定模型中所需的细节级别。你可以从一个简单的简笔画开始，就像我在这个研究中做的那样，以得到简单的设计可行性结果。如果您需要更详细的结果，可以在模型中添加额外的复杂性，如驱动器、接触集，以及由运动负载驱动的应力分析。
想自己试试吗?
如果你还不是Inspire的用户，你可以注册一个15天的审判．
我还创建了这些教程视频，通过建立自己的投石机实验的过程的初始阶段。
另外,我们的“牵牛星”论坛是一个与其他用户互动的好地方，我们的专家版主可以问你在帮助或教程中找不到答案的问题。
