通用技术-结构与设计PPT课件

结构与设计 通用技术 1 认识结构 广义上 结构是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列 从力学的角度 结构是指可承受一定应力的物体形态 结构可以抵抗能引起形状和大小变化的力 复习 2 结构与力 复习 3 结构的分类 根据物体结构形态在受力时承受和传递力的方式差别 实体结构 通常是指结构体本身是实心的结构 框架结构 通常是指结构体本身由细长的构件组成 支撑空间却不充满空间 壳形结构 通常是指层状的结构 结构 复习 4 结构与稳定性 结构的稳定性结构在负载的作用下维持其原有平衡状态的能力 复习 结构稳定性的主要影响因素 重心位置的高低 支撑面的大小 结构 构件 的形状 复习 结构底面的范围内 5 结构稳定的条件 重心所在点的垂线落在 复习 技术 包括结构功能的实现 结构的稳固耐用 结构造型设计的创意 材料使用的合理性 工艺制造的精湛程度等 文化 具体包括民族特色 历史性 时代性 艺术性等方面 6 典型结构的欣赏 复习 结构的强度是指结构具有的抵抗被外力破坏的能力 一 结构的强度 外力 是使结构发生形变作用的力 结构强度与稳定性的区别 稳定性 指在外力的作用下不容易翻倒 维持原有的平衡状态 强度 指在外力的作用下结构体本身遭到破坏 一 强度与应力 结构的强度是通过构件和材料来体现的 构件在外力作用下会形变 同时各个质点之间的相互作用力发生了改变 这种作用力的改变称作为内力 如何来理解内力呢 把这根绳子承受的合力就叫做内力 用 N表示 单位是 牛 F1 F2 F3 F4 外力 内力 P N 当构件受到外力作用时 内部各质点之间的相互作用会发生改变 产生一种抵抗外力与形变的力 称为内力 注 内力反映了材料抵抗外力破坏的能力 弯曲力 内力 左拉力 右拉力 内力 内力 右压力 左压力 内力 内力 图2 内力抵抗压力示意图 图1 内力抵抗拉力示意图 图3 内力抵抗弯曲力示意图 通过研究发现内力的大小与构件单位截面面积有关 如何来理解呢 所以说 内力的大小与构件单位截面面积有关 在拔河时 绳子受到两边拉力的作用 因此拔河用的绳子往往是用多股细绳绞合在一起而成的 有效地增大了绳子的横截面积 减少了绳子的应力 同时 还可以防止它们之间的相对移动 保证各股细绳同时受力 同样的道理 起重机用的钢丝绳 悬索桥的钢索等都是多股合成的 我们将构件单位截面面积所承受的内力称为应力 用 表示 单位是 Pa 用公式表示就是 N A A 表示横截面积 单位是平方米 m2 例如 建筑物混凝土方柱 这个方柱的许用应力为0 5MPa 支柱的横截面积为边长L 400mm的正方形 支柱顶受轴向压力P 45kN 支柱重力G 22kN 求支柱的底截面上的应力是多少 方柱会不会损坏 解 N P G 45Kn 22kN 67kN 67000N 0 419MPa 0 5MPa 答 应力是0 419MPa 不会断 S 0 4mX0 4m 0 16m2 N A 67000N 0 16 418750N m2 0 419MPa 1MPa 106Pa 这就是 许用应力 应力 故事 古代有几兄弟经常打架 父亲就给他们现身说法 一根筷子容易被人折断 两根筷子还是容易折断 三根筷子有点难 十根筷子就折不断了 从此 几兄弟便团结起来 试解释 为何一根筷子容易断 多根筷子不易断 答 一根筷子的截面积小 所受应力就大 多根筷子一起 截面积变大了 所受应力就小了 2 如左图 此结构什么地方受到的应力最大 答 最细处 此处截面积最小 则所受应力最大 答 铁质的容许应力比木质的容许应力大 3 铁质物体与木质物体哪个的容许应力大 4 假设花杆支柱最粗处的直径为3CM 最细处的直径为最粗处的一半 外力冲击所产生的内力为30N 试计算支柱上的最大应力为多少 解 最细处的截面积最小 所受的应力最大 最容易被破坏 是整个支柱最薄弱的地方 所以支柱所能承受的最大应力取决于最细处的应力 30 3 14 0 75 0 75 16 98N cm2 5 截面粗细不同的两根实心直杆件 在相同的拉力作用下 遭受破坏的程度不一样 粗截面的杆件先被破坏 其根本原因与 A 外力有关B 内力无关C 应力有关D 材料有关 C 二 强度与材料1 强度与材料 揭示了结构强度与材料的关系 即结构强度高 材料不易被破坏 结构强度低 则材料易被破坏 例如 学校操场上的不锈钢管旗杆的上部被大风吹弯 主要原因是钢管的强度不够 又如 人坐在板凳上用力摇几下 板凳坏了 四川汶川在7 8级地震中80 房子倒塌 再如 鸡蛋能支起砖头这就属于结构强度够形成的 荷载作用传到梁上 梁受力变形趋势如图 钢筋 起着拉力作用水泥 起着凝固作用碎石 起着骨架作用砂子 填充料作用 钢筋承受拉力 混凝土承受压力 水泥是胶凝材料 用来包裹砂子 石子 石子 砂子主要是提供强度 2 结构形状 各种形状的横截面构件 所承受力的程度是不一样的 值得说明的是 工 字型钢 十字钢 管材等型材 在相同结构强度中 具有用料少 质量轻等优点被广泛应用 特别值得强调 工 字型钢 他被广泛的应到建筑中 构成建筑物的骨架 角钢 焊制铁床 管材 管道 三 结构的连接 构件连接处的强度是影响整个结构强度和稳定性的重要因素 而构件连接处的强度取决于它的连接方式 连接技术和连接处的牢固程度等 不同的材料有不同的连接方式 连接方式不同 结构的强度也不同 结构构件的连接方式 铰连接刚连接 一 刚连接 被连接的构件在连接处既不能相对移动 也不能相对转动 例如 榫接 胶接 焊接等 榫接 构件上采用的一种凹凸处理接合的方式 别压穿插搭接而成 榫卯结构 胶接 是利用在联接面上产生的机械结合力 物理吸附力和化学键合力而使两个胶接件起来的工艺方法 焊接 利用连接件之间的金属分子在高温下互相渗透而结合成整体的一种金属结构构件连接方法 一 铰连接 被连接的构件在连接处不能相对移动 可以相对转动 在自行车各部件之间的连接中 铰 刹车连杆之间属于 连接 辐条与钢圈之间属于 连接 三角架属于 连接 刚 刚 在自行车各部件之间的连接中辐条与钢圈之间属于 连接 刚 在自行车各部件之间的连接中三角架属于 连接 刚 问题 我们来看一下A形铝梯各构件之间采用的连接方式是什么 为什么采用这样的连接方式 答 A形梯两侧立边与横档之间采用焊接的方式 这样就使构件在连接处既不能相对移动 又不能相对转动 即可以传递力 也可以传递力矩 A形梯的两面铰结点处采用螺栓接的方式 这样做就使构件在被连接处不能相对移动 但可以相对转动 即可以传递力 但不能传递力矩 总之 这样做的好处是保证结构和构件的形状稳定 还能增强结构的强度 使他足以支持自身质量及荷载 二 影响结构强度的因素 1 结构的形状 构成的形状改变 强度就会改变 2 使用的材料 材料不同 容许应力不同 3 材料之间连接方式 不同的连接方式 受力传递方式和效果不一样 一 结构强度的概念 小结 结构具有的抵抗被外力破坏的能力 结构不仅是事物存在的一种形式 而且对事物的功能和作用产生着直接影响 结构的改变可能导致功能的变化 结构与功能 第三节结构设计 说明 进行结构设计时必须考虑它的受力情况 稳定性 强度 连接方式和材料的选用等 并能对结构设计进行基本的描述 图纸 还要从功能 实用 安全 经济 美观和人性化等角度综合考虑 以保证结构设计的目的和要求 以模型桥为对象进行结构设计 要求形成设计方案 绘制简单的设计图纸 做出模型 具体要求如下 用木条制作桥梁模型 跨度不小于30cm的前提下 桥长不限 要求孔高不低于15cm 桥面宽度不小于8cm 承重的质量不小于500g 承重时间15s以上 结构设计应考虑的主要因素 反馈练习 1 结构是指 A 构成自身的空间形态B 事物各个组成部分的有序搭配和排列C 承受力和抵抗变形D 可承受一定力的非架构形态 B 2 自行车的辐条 一端穿在轴盘上 另一端拧在传过轮圈的空心螺纹上 由辐条在工作中承受的力是 A 拉力B 压力C 弯曲力D 扭转力 D 3 下面哪一种情况不是受扭转力的作用 A 车的传动轴主要受到的做用力B 自行车的辐条 一端穿在轴盘上 另一端拧在传过轮圈的空心螺纹上 由辐条在工作中承受C 使用螺丝刀时 螺丝刀所承受的力D 单杠的杠体所承受的力 D 5 上刀梯表演的演员 脚面所承受的力 A 扭曲力B 弯曲力C 剪切力D 压力 C 4 晾晒衣服时 通常的做法是在两根柱子之间系一根软绳 如图所示 在本结构中 柱子主要受到 A 扭转力B 弯曲力C 剪切力D 压力 B B 7 分析下列物体结构类型 属于壳体结构的是 A 鸟巢B 橡皮擦C 篮球架D 电灯泡 D 8 下列结构中分类错误的是 A 实体 墙体B 壳体 钢化玻璃锅盖C 框架 窗户D 壳体 篮球架 D 6 建筑工地所用的脚手架属于那种结构 A 实体结构B 空心结构C 壳体结构D 框架结构 D 10 摩托车事故中驾乘人员死亡的70 以上都是没有带头盔或是头盔质量不合格造成头部受伤所致 质量合格的安全头盔能有效保护人的头部 是因为 A 合格头盔制作优良 戴在头部空隙小 与头部形成一个整体 是一个坚固的实体结构B 合格头盔的密封性好 里面的空气能起到缓冲撞击的作用 C 合格头盔是一个良好的壳体结构 坚硬的壳体能有效保护头部D 合格的头盔视野清晰 可以帮助车主避免交通事故的发生 C 9 汽车的引擎盖在结构中属于哪种类型 A 实体结构B 框架结构C 壳体结构D 其他 C 11 材质相同 截面粗细不同的两个杆件 在相同的拉力作用下 遭受破坏的程度不一样 细截面的杆件先被破坏 原因是 A 截面越大 杆件的内力越大B 截面越大 杆件单位面积承受的应力越大C 截面越小 杆件的内力越小D 截面越小 杆件单位面积承受的应力越大 D 12 相同截面积 相同长度 相同材质 结构不同的六种钢梁 如图所示 其承重能力最好的是 ABCDEF A 13 桥梁的结构设计中 最优先考虑的因素是 A 成本B 安全C 美观D 个性化需要 14 影响结构稳定的因素 1 物体的形状 2 材料 3 材料之间的连接方式 4 物体重心的位置A 1 2 3 B 2 3 C 1 3 4 D 1 2 3 4 15 独角茶几的底座一般采用比较重的材料 如大理石 这是为了 A 增加强度B 增加稳定性C 没有什么作用D 更加美观 B C B 16 日常生活中 你所见到的以下哪一个结构是不属于利用不稳定结构实现某些功能 A 游乐设施的跷跷板功能结构B 房间门口的活页功能结构C 学校运动场的篮球架结构D 圆珠笔的闭嘴结构 17 我们常用的A形梯不采用铝合金片 而是采用长方形截面的构件 这说明以下哪个因素 影响着结构强度 A 材料B 形状C 构件D 连接方式 18 如图 水泥梁在受力后会发生变形 此时它的上面沿表面的受力是 A 梁的上表面受到压力 下表面受到压力B 梁的上表面受到压力 下表面受到拉力C 梁的上表面受到