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相似原理是什么?例子有哪些?

对自然界客观存在着的和人们已经创造出来的事物,可从机理或原理上进行对照分析。不难发现,许多不同类属、不同领域、不同功能甚至不同时代的事物,具有十分相似的原理。这绝不是巧合,任何发明创造都建立在特定的原理上,而带有普遍意义的原理,常常被很多事物所采用,这就必然促使发明创造朝纵向延伸、向横向扩展。我们以桥梁设计为例,来说明这个道理。

如南京长江大桥的多支点的跨梁式桥

如南京长江大桥的多支点的跨梁式桥

现代桥梁千姿百态,但究其结构受力特点主要有两大类:一类是如南京长江大桥的多支点的跨梁式桥;另一类是如上海杨浦大桥的少支点牵引桥。当然现在国外和我国正在规划设计中的多个跨海大桥则往往是交替使用两种方式的结晶。前者是在继承我国古代拱形桥的造桥艺术基础上创造的,而后者则是继承了山区峡谷河川上的铁索(或其他材料的牵引索)桥的造桥原理创造的。

一说到拱形桥,就不得不提我国著名的赵州桥。赵州桥坐落在河北赵县境内,是隋朝杰出工匠李春设计制造的。赵州桥桥长50米,宽9米多,全部用石料砌成,桥下没有桥墩,只有一个弧形单孔的石拱,凌空横跨在37米的河面上,石拱的两端上面各有两个小石拱,叫“敞肩拱”。拱肩既减轻了桥的自重,又增强了桥的支撑力,同时又可起到泄洪的作用,真是一种富有创意的奇思妙想。赵州桥不愧是世界造桥史上的一大创举,此后许多著名的大桥都继承了这种造桥原理。

1969年竣工通车的南京长江大桥,是一座双层铁路、公路两用桥,铁路桥长6700多米(江面正桥长1500多米),公路桥长4500多米,引人注目的是大桥的引桥与地面结合部,是22孔双曲拱桥,其构想与赵州桥如出一辙,显然是继承法在此的妙用。

如上海杨浦大桥的少支点牵引桥

如上海杨浦大桥的少支点牵引桥

上海杨浦大桥采用的斜拉桥使少支点的桥梁拱受力更加合理,逐渐成为目前建造大跨度桥常用的形式。

再从各种门的设计来看,也能发现其原理相似。

门大概是伴随着人类自己构筑居室的同时就创造出来了。门最基本的结构是门板绕着一个固定的门枢转动。几千年过去了,五花八门的门应运而生,但如果仔细观察,几乎所有的门都有门枢:传统门有门枢;宾馆和商场里的旋转式门也有门枢;公共汽车和许多载人的车辆上的车门虽然巧妙地采用了连杆机构,但其摇杆的一端仍然相当于是一个门枢。有人说移动门也是一种常用的门,它可没有门枢啊。这话不对,有机械设计基础知识的人们都知道,常用的平面运动副中,有转动副(低副)、移动副和滚动副等形式。我们习惯地以为转动副是门枢,殊不知移动副也是门枢的一种形式,因为直线位移是一种特殊情况。

豪华宾馆常见的旋转门,其回转轴在中间,将分隔区可分为三翼、四翼门等形式。

豪华宾馆常见的旋转门

豪华宾馆常见的旋转门

如果把门枢横置在门上方,门采用柔性构件,则又可创新设计出卷闸门,它常被应用于工厂、仓库等工业建筑中,故又称工业门。

工业门

工业门

显然,各类新式门都是在传统门的基础上,继承和创新的结果。

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