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文档简介
技术与设计2简要介绍 第一单元第一单元 结构与设计结构与设计 第一节 常见结构的认识 【猜谜语】南阳诸葛亮,稳坐 军中帐,摆起八卦阵,单捉飞 来将。 谜底:蜘蛛 蜂 巢 1 无处不在的结构 蜘蛛网优点:节点间有路径,网丝密布有规律 。猎物振动传递枢纽网。 蜂巢优点:使用最少的材料,制造尽可能宽敞的 空间,无缝隙。 如果蜂巢呈圆形或八角形,会出现空隙;如 果是三角形或四角形,那么面积会减小,所以在 这些形状中六角形是效率最好的。 1 无处不在的结构 在自然界,相同的物质,不同的结构,表 现出不同特性的现象处处可见。 (1)同样是水,有液态、气态、固态; (2)同样是碳,但有最硬的固体金刚石和 最软的固体石墨存在。 合理的结构是事物存在的基础,卓越的结 构是设计者和制造者的重要追求。 结构的含义: 结构是指物体的各个组成部分 之间的有序搭配和排列。 世界上任何事物都存在着结构 ,结构多种多样决定着事物存在的 性质。 自然界的结构给人们的启示: 人类飞翔的梦想源于展翅高飞的鸟,鸟 因为有它自由流畅的体形和翅膀结构,飞机 原型源于飞鸟形体结构的仿生。 科学合理的结构设计可以造福人类 , 反之,则可能给人类带来灾难。 惨痛教训 魁北克大桥的坍塌 20世纪初期,桥梁学家库帕设计的魁北克大桥是当 时世界上同类大桥中最长的。当时桥的建设速度很快,施 工组织也很完善,但是正当人们开始考虑如何为大桥剪彩 时,大桥的整个金属结构垮了,19000t钢材和86名工人 落入水中,只有11人生还。 大桥坍塌的原因是设计师在没有对桥梁的关键部位 做相应加固的情况下,擅自将原来500m的桥长延长到了 600m,造成大桥南端制动臂上的压力索发生弯曲,导致 上层结构倾塌。 为了记住这个教训,所有毕业于加拿大各个大学的 工程师都有一个铁指环,这些铁指环是由那座坍塌的魁北 克大桥上的金属制成的。 作业 n1、你从技术与设计1中学到了什么? n2、你认为在自然界和人类社会中,有哪些结 构因为排列不同,性质不一样? 1、对结构的受力研究和物理学研 究的力有什么区别? 2、壳体结构为什么能够承受很大 的力? 2 结构与力 从力学角度来说, 结构是指可承受一定 力的架构形态, 它可以抵抗能引起形状和大 小改变的力。 自行车的组成构件 自行车车架 、车把、传 动、座鞍、 车轮、辐条 、车闸等。 压力 拉力 结构受力分析 构件所受力的表现形式主要有受拉、 受压、剪切、扭转 和弯曲等。 受拉 受压 剪切 扭转 曲力 受 拉 物体所承受的拉拽力 受 压 挤压物体所承受的力 剪 切 受到两个距离很近 ,大小相等,方 向相反,且作用于同一物体上的平 行力 扭 转 受到反方向向物体两端均匀施力 , 使物体发生扭转形变的力 弯 曲 作用于物体 受到使它产生弯曲的 力 构件的基本受力形式:受拉、受压、 剪切、扭转和弯曲。 2 结构与力 内力:当一个结构受到外力作用时,内部各质点 之间的相互作用会发生改变, 产生一种抵抗的力 。 应力:构件的单位横截面上所产生的内力,当 应力达到某一极限值时, 结构就会遭到破坏。 问:从应力的概念能否得到应力的计算公式? =F/s, 其中 ,F 是内力 ,S 是受力面积 , 是 应力。 2 结构与力 问:结构遭到破坏的关键在于应力还是内 力? 只有当由载荷产生的应力小于材料容许的 应力时,结构才安全。 1、实体结构 n几何特征及受力:几何外形简单,通常有 杆(柱)、板、体等之分。它的受力特点 是能承受较大的力,外力分布在整个体积 中。 2、框架结构 n几何特征及受力:几何外形较为复杂,其 特点是支撑空间而不充满空间,能承受垂 直和水平的力。依据功能和使用条件的不 同,可以设置成不同框架的组合。 3、壳体结构 n几何特征及受力:壳体内空时,受力合理、形态 稳定。壳的几何形状有折线式(方形、长方形、 多边形)的、圆弧形的和拱形的等。壳受冲击力 ,外力由弧面整体分担,抵抗变形。 n【提问】为什么头盔可以起到保护人安全的目 的? n当出现交通事故时,头盔的某一部位受到一个 大的撞击力,由于头盔是壳体结构,使得所受 力迅速分布到其表面,形成整个头盔表面均匀 受力,而不是某一点受很大的力,这样起到了 保护人安全的目的。 n原理:三维圆
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