Zane Middle School shake table/zh
設計和建造了一個振動台來模擬地震震級，以幫助贊恩中學的學生更好地了解地震活動並允許他們測試自己的建築結構。
背景
Zane 中學是一所 STEAM（科學、技術、工程、藝術和數學）學校，我們相信實踐學習對學生的成功非常重要。多年來，加州州立大學洪堡分校工程 215 學生一直與 Zane 的教師合作，幫助他們實現這一目標。 2017 年春季，我們的團隊面臨著建造振動台來演示地震震動的挑戰。我們的振動台設計專門讓七年級學生了解地震期間地殼的地震活動，同時也為他們提供了一種發揮創造力和測試自己的建築設計的方法。
問題陳述（目標）和標準
我們設計的目標是使最真實的振動台設計成為可能，並滿足我們的客戶贊恩中學的需求。我們的客戶表達了他們希望說明地震期間地球液化的影響以及地球在這些時候如何經歷波動。大多數標準振動台無法表達這種運動，因此這是我們的挑戰之一。除此之外，我們主要關心的是確保設備安全，因為孩子們會在附近與它互動。
下表列出了我們的標準以及我們的團隊和客戶商定的重要性加權值：
| 標準 | 約束 | 重量 |
|---|---|---|
| 安全 | 老師和學生都可以安全使用。對於任何旁觀者來說也都是安全的。 | 10 |
| 堅固性 | 桌子在使用和搖晃過程中保持穩定。 | 9 |
| 成本 | 小於或等於 300 美元（Zane 中學 100 美元，每位團體成員 50 美元） | 9 |
| 震動級別 | 至少 3 種不同的震動等級。 | 8 |
| 可移植性 | 能夠移動或存放（便攜式或可折疊）。可以輕鬆帶到其他教室。 | 8 |
| 易於使用 | 學生和老師都可以使用而不會造成混亂或損壞。 | 8 |
| 教育價值 | 能夠透過使用它來教導學生有關地震的影響。 | 7 |
| 耐用性 | 可持續使用多年。 | 7 |
| 一致性 | 每次使用時都搖勻。 | 6 |
| 美學 | 審美上令人愉悅。 | 5 |
最終項目描述
該設計符合標準，並使用 Flex Board 設計與 Drill Sergeant 的動力機制相結合，以實現高效的震動水平，從而安全地測試 Zane 中學學生建造的結構。大多數材料都是從當地商店獲得或捐贈的，以降低成本。
此搖床使用鑽頭轉動軸，軸沿著金屬軸平移運動以搖動桌面。桌子的頂部由七個木板條組成，每個板條長 21 英寸，寬 3 英寸，使用塑膠管和環氧樹脂固定在一起，每個板條之間都有小型壓縮彈簧。學生建造的結構將使用連接到一些板條的帶子固定在振動台的頂部。桌子的頂部總共由八個壓縮彈簧支撐，這些彈簧連接到七個木板條中的五個，其中三個板條將有兩個彈簧連接到它們，但其中兩個板條將只有一個彈簧。支撐桌面的壓縮彈簧透過環氧樹脂組合固定到位，將彈簧末端設置在板四分之一英寸處，並使用用鋁套圈夾緊的電線將彈簧壓縮四分之一英寸。
振動台安裝在一輛幾乎四英尺高、兩英尺長、三英尺寬的金屬車上。推車在兩個常規腳輪和兩個鎖定腳輪上滾動，以防止測試期間移動，而且還提供一個插座，為搖動桌面的繩鑽供電。推車足夠大，可以讓學生觀看測試的結構，並且振動台下方有架子，可以提供更多存儲空間。
成本
該項目所包含的成本如下所示。許多材料是購買的，也有一些是捐贈的。
| 數量 | 材料 | 來源 | 成本（美元） | 總計（美元） |
|---|---|---|---|---|
| 2 | 1"x4"x8" 木板 | 王牌五金 | 8.99 | 17.98 |
| 8英尺。 | 乙烯基管 | 王牌五金 | .23 | 1.84 |
| 1 | 紅色噴漆 | 王牌五金 | 4.99 | 4.99 |
| 6 | 壓縮彈簧 | 王牌硬件，阿克塔 | 3.29 | 19.74 |
| 2 | 壓縮彈簧 | 王牌硬件，Sunny Brae | 3.49 | 6.98 |
| 1 | 鋼筋 | 磨坊院子 | 3.49 | 3.49 |
| 12 | 鋁套圈 | 王牌硬件，阿克塔 | .80 | 9.60 |
| 2 | 鋁套圈 | 王牌硬件，Sunny Brae | .99 | 1.98 |
| 12 | 迷你彈簧 | 王牌硬件，尤里卡 | .75 | 9.00 |
| 1 | 環氧樹脂 | 王牌硬件，尤里卡 | 4.99 | 4.99 |
| 1 | 輪轂 | 阿卡塔廢料和打撈 | 5.00 | 5.00 |
| 1 | 鑽頭 | 皮爾森大廈中心 | 50.00 | 50.00 |
| 1 | 基板 | 磨坊院子 | 捐贈 | 0.00 |
| 6英尺 | 編織線電纜 | 馬蒂的商店 | 捐贈 | 0.00 |
| 1 | 大車 | 贊恩中學 | 捐贈 | 0.00 |
| 科林和馬蒂的幫助：鑽孔、鋸切 | 馬蒂的商店 | 無價 | 0.00 | |
| 12 | 木螺絲 | 馬蒂的商店 | 捐贈 | 0.00 |
| 1 | 螺栓 | 馬蒂的商店 | 捐贈 | 0.00 |
| 4 | 輻條 | 阿卡塔廢料和打撈 | 捐贈 | 0.00 |
| 2 | 金屬角撐 | 馬蒂的商店 | 捐贈 | 0.00 |
| 2 | 鋁套圈 | 馬蒂的商店 | 捐贈 | 0.00 |
| 總成本 | 135.59 美元 | |||
測試結果
第一次測試振動台時，顯示柔性板方法有效並產生了最初理論化的波動，但仍有一些問題需要修復。這些問題包括從末端木板條中伸出的乙烯基管以及將鋼條連接到凸輪系統的螺絲卡住並停止運動。透過將軸轂上剩餘的輻條穿過乙烯基管以將其固定到位，可以解決這些小問題。透過在螺絲末端添加螺紋鎖定裝置來固定卡緊螺絲，以防止其在鋼筋上擰得太緊。
如何建造
在 7 塊木板上鑽兩個孔。將乙烯基管穿過每塊板和孔，在每塊板之間放置迷你彈簧。
在桌面板和底板上鑽出與較大彈簧相同尺寸的口袋。每塊端板上有兩個，中間板上有兩個，周圍板的中間有一個。請參閱上面的 AutoCAD 插圖。
將彈簧放入兩塊板的口袋中。將電纜穿過基板、彈簧，然後穿過桌面。使用鋁套圈壓接電線，將彈簧固定在板之間。
用環氧樹脂將彈簧粘在口袋中，以提供額外的支撐和耐用性。
從自行車前輪取下軸轂，拆下輻條，然後用環氧樹脂將軸密封到木塊中。將凸輪系統（擺動）連接到軸的一端。將一根鋼條連接到凸輪系統。然後將鑽頭擰緊到軸的另一端。
透過角撐將鑽孔螺絲固定在基板和木塊上，將木塊與軸轂和凸輪系統連接起來。
將兩個木塊連接在桌面下方，並將鋼條夾在中間，然後用螺栓固定到位。現在一切都已連接，插上電鑽並開始搖晃。
