结构的稳定性和强学习教案

1、会计学1结构结构(jigu)的稳定性和强的稳定性和强第一页，共57页。第1页/共56页第二页，共57页。第2页/共56页第三页，共57页。 生活中有这样的情况，人坐在一只小板凳上，用力摇几下，板凳就坏了，人也摔倒(shui do)在地上。人踩在窗户的防盗网上擦玻璃，防盗网合金条的焊接处断裂，险些酿成大祸。 根据你的理解，结合教材根据你的理解，结合教材(jioci)(jioci)，上述情况是什么原因造成的？，上述情况是什么原因造成的？ 那我们如何来评价这条板凳那我们如何来评价这条板凳(bndng)(bndng)、这个防盗网呢、这个防盗网呢? ?我我们就要用到我们今天学习的内容：强度。们就要用到我

2、们今天学习的内容：强度。第3页/共56页第四页，共57页。一、结构一、结构(jigu)的的强度强度 这条板凳、这个(zh ge)防盗网的强度是怎样的，也就是指它受到外力作用的情况下，它不被外力破坏的能力如何。结构具有的抵抗结构具有的抵抗(dkng)被外力破坏的能被外力破坏的能力。力。所以说结构的强度是指结构的强度是指：第4页/共56页第五页，共57页。 我们知道稳定性是研究(ynji)物体的保持平衡状态的能力，强度是研究(ynji)不被外力破坏的能力。例如我们刚才举的凳子的例子，凳子能够承受人的重力这是一个强度问题，那么凳子会不会左右晃动，摇摆，那就是一个稳定性问题了。强度强度(qingd)(

3、qingd)与稳定性的联系与区别：与稳定性的联系与区别： 第5页/共56页第六页，共57页。外力(wil)内力(nil)PN第6页/共56页第七页，共57页。应力和强度应力和强度(qingd)(qingd)的关系：的关系： 这只是我们一个笼统的说法，我们如何来衡量一件东西(dngx)的强度呢。那就要用到我们学习的应力的知识应力应力构件构件(gujin)的单位面积上产生的内力。的单位面积上产生的内力。关系式为：关系式为：SF=s第7页/共56页第八页，共57页。根据你的生活经验根据你的生活经验(jngyn)(jngyn)填写下表：填写下表：马上马上(mshng)(mshng)行动：行动：事件事件

4、结果结果原因原因 分别在一根竹竿和一根同样尺寸的脆性塑料杆上不断加挂相同质量的重物 沿着垂直于重心线的方向撞击一根完整的钢管与用同样的方法撞击一根中间有焊接缝的钢管竹竿比脆性竹竿比脆性(cuxng)(cuxng)塑料杆能塑料杆能挂更多的重物而不挂更多的重物而不会断裂会断裂不同材料的抗拉性不同材料的抗拉性能不同能不同中间有焊接缝的钢中间有焊接缝的钢管受到撞击时容易管受到撞击时容易损坏损坏因为有连接点因为有连接点第8页/共56页第九页，共57页。1.1.影响影响(yngxing)(yngxing)结构强度的主要因素结构强度的主要因素 吊兰支撑使用的三角形支架(zhji)结构，而不使用由一根直杆挑起

5、的结构。从材料方面考虑，吊兰的三角形支架(zhji)使用的是钢管而不是木条或塑料，钢管抗拉力性能好。从连接方式考虑，吊兰的三角形支架(zhji)的构件是焊接而不是捆缚，这种连接方式更牢固。第9页/共56页第十页，共57页。1) 1) 影响影响(yngxing)(yngxing)结构强度的几个主要结构强度的几个主要因素因素结构结构(jigu)(jigu)的形状的形状使用使用(shyng)(shyng)的的材料材料构件之间的连接方式构件之间的连接方式结构外部形状结构外部形状结构的构件截面形状结构的构件截面形状铰连接铰连接刚连接刚连接第10页/共56页第十一页，共57页。(1)(1)结构结构(jig

6、u)(jigu)的形状的形状: : A.A.不同横截面形状的构件不同横截面形状的构件(gujin)(gujin)所能承受力的程度是不一样所能承受力的程度是不一样的。的。注意：注意：结构对强度结构对强度(qingd)(qingd)的影响有两点，一是结构的外部形状，二是结构的影响有两点，一是结构的外部形状，二是结构的构件截面形状。的构件截面形状。第11页/共56页第十二页，共57页。C.C.相同材料，相同截面积，不同截面形状相同材料，相同截面积，不同截面形状(xngzhun)(xngzhun)的构件强度不的构件强度不同。同。B.B.结构的外形相同，构件结构的外形相同，构件(gujin)(gujin

7、)的截面不同，其强度不一样。的截面不同，其强度不一样。第12页/共56页第十三页，共57页。D.D.三角形形状三角形形状(xngzhun):(xngzhun): 三角形是框架结构中最基本的形状之一三角形是框架结构中最基本的形状之一, ,它结实、稳定它结实、稳定(wndng)(wndng)、所用材料最少。、所用材料最少。 在长方形或六边形的框架中间，加上支撑构件，构成在长方形或六边形的框架中间，加上支撑构件，构成(guchng)(guchng)三角形，就可以大大增加它的牢固程度。三角形，就可以大大增加它的牢固程度。第13页/共56页第十四页，共57页。 金刚石分子金刚石分子(fnz)为四面体，每

8、个四面体有四个角、为四面体，每个四面体有四个角、四个面，且每个面为三角形。四个面，且每个面为三角形。第14页/共56页第十五页，共57页。小实验小实验(shyn)(shyn)：（2 2）因素）因素(yn s)2(yn s)2：使用的材：使用的材料料结构(jigu)的强度与材料有关纸杯钢杯塑料杯第15页/共56页第十六页，共57页。混凝土材料混凝土材料(cilio)(cilio)。 混凝土抗压性能较好，而抗拉能力就比钢筋要小得多。因此在制造时可在梁的受拉区放置钢筋，组成钢筋混凝土梁，在这种梁中，钢筋受拉，混凝土受压，它们合理组成一个整体(zhngt)，共同承担载荷的作用。 第16页/共56页第十

9、七页，共57页。（3 3）因素）因素3 3：构件之间的连接：构件之间的连接(linji)(linji)方式：方式： 结构的连接是指通过一定的连接物将构件组成(z chn)整体结构。 第17页/共56页第十八页，共57页。铰连接：被连接的构件铰连接：被连接的构件(gujin)在连接处不能在连接处不能相对移动，但可以相对转动，具体有松螺栓、相对移动，但可以相对转动，具体有松螺栓、松铆等。松铆等。第18页/共56页第十九页，共57页。第19页/共56页第二十页，共57页。胶接胶接榫接榫接第20页/共56页第二十一页，共57页。第21页/共56页第二十二页，共57页。 结点是从连接的效果来划分。一个结

10、点可以有多种连接方式(fngsh)。不同的材料有不同的连接方式(fngsh)；构件的连接方式(fngsh)不同，结构的强度也不同。 第22页/共56页第二十三页，共57页。（1 1）对一个用）对一个用4 4根小木条钉成的相片框根小木条钉成的相片框, ,使它使它更牢固的做法更牢固的做法(zuf)(zuf)是什么是什么? ?（2）在自行车各部件(bjin)之间的连接中,三角架属于_连接；刹车连杆之间属于_连接；辐条与钢圈之间属于_。马上马上(mshng)(mshng)行动行动可用直角铁片固定在连接处的背面。可用直角铁片固定在连接处的背面。刚连接；刚连接；铰连接铰连接铰连接铰连接第23页/共56页第

11、二十四页，共57页。（3 3）比较左图中）比较左图中同一结构的几种连同一结构的几种连接方式接方式(fngsh),(fngsh),请预言哪种连接方请预言哪种连接方式式(fngsh)(fngsh)的强度的强度更好。更好。 左边的榫卯连接的强度较大，上下、左右、前后各方向都被牢左边的榫卯连接的强度较大，上下、左右、前后各方向都被牢牢固定住，所以强度较大。牢固定住，所以强度较大。 中间的连接方式钉子连接强度最小，钉子是从侧面钉进去的，中间的连接方式钉子连接强度最小，钉子是从侧面钉进去的，中间的横梁不能承受较重物体中间的横梁不能承受较重物体(wt)(wt)的压力为剪切力，容易造成连的压力为剪切力，容易造

12、成连接处断裂，所以强度最小。接处断裂，所以强度最小。 第三种是钉子连接，但当上端受压力时，连接处受的是压力，第三种是钉子连接，但当上端受压力时，连接处受的是压力，因为没有榫接打孔影响结构，所以强度最大。因为没有榫接打孔影响结构，所以强度最大。第24页/共56页第二十五页，共57页。探究(tnji)：1.1.为什么矿泉水瓶表面上有若干凸起的横向纹路为什么矿泉水瓶表面上有若干凸起的横向纹路(wn l)(wn l)，它，它的作用是什么的作用是什么? ? 一是增加瓶子的强度，受力不容易变形；一是增加瓶子的强度，受力不容易变形； 二是增大瓶子与手之间的摩擦力。二是增大瓶子与手之间的摩擦力。 三是既有利于

13、承受三是既有利于承受(chngshu)(chngshu)较大的负较大的负载，造型又美观大方。载，造型又美观大方。第25页/共56页第二十六页，共57页。3.3.观察空调压缩机在户外墙上的固定，它是通过观察空调压缩机在户外墙上的固定，它是通过(tnggu)(tnggu)什么什么方法加强牢固程度的？能否只用壁挂式方法固定，为什么？方法加强牢固程度的？能否只用壁挂式方法固定，为什么？ 分体式空调器的室外机自身重力比较分体式空调器的室外机自身重力比较大，在户外固定一般采用铁架支撑的方式大，在户外固定一般采用铁架支撑的方式。若采用壁挂的方式，打入墙体的膨胀螺。若采用壁挂的方式，打入墙体的膨胀螺钉的强度和

14、墙体的强度都不足以承受室外钉的强度和墙体的强度都不足以承受室外机的重力，最后机的重力，最后(zuhu)(zuhu)出现断裂以至于出现断裂以至于脱落。脱落。第26页/共56页第二十七页，共57页。 结构对事物的功能和作用产生着直接的影响，结构的改变(gibin)可能导致功能的改变(gibin)多功能起子(q zi)（三）、结构（三）、结构(jigu)(jigu)与功能与功能: :第27页/共56页第二十八页，共57页。第28页/共56页第二十九页，共57页。第29页/共56页第三十页，共57页。第30页/共56页第三十一页，共57页。第31页/共56页第三十二页，共57页。结构结构(jigu)(

15、jigu)的稳定性与什么因素有关的稳定性与什么因素有关？想一想：想一想：第32页/共56页第三十三页，共57页。（一）影响结构（一）影响结构(jigu)稳定性的主要因素：稳定性的主要因素：重心重心(zhngxn)(zhngxn)位置的高低位置的高低支撑面的大小支撑面的大小结构的形状结构的形状第33页/共56页第三十四页，共57页。 实验实验(shyn)(shyn)探究探究11： 拿一本书，让它直立在桌面上，它马上倾倒了，显然，其稳拿一本书，让它直立在桌面上，它马上倾倒了，显然，其稳定性不好。同样的一本书，把它的下端定性不好。同样的一本书，把它的下端(xi dun)(xi dun)各书页展开一各

16、书页展开一定的角度，仍旧将它直立在桌面上，它就能很好的挺立住。定的角度，仍旧将它直立在桌面上，它就能很好的挺立住。因素因素(yn s)(yn s)一：支撑面积的大小一：支撑面积的大小1.1.稳定性与支撑面积的大小有关稳定性与支撑面积的大小有关支撑面越大越稳定，越小越不稳定。支撑面越大越稳定，越小越不稳定。第34页/共56页第三十五页，共57页。B B：为什么大坝的横截面总是：为什么大坝的横截面总是(zn sh)(zn sh)建成梯形？建成梯形？ 大坝需要承受很大的力的作用，如大坝需要承受很大的力的作用，如自身的重力，水的冲击力、压力等等，要自身的重力，水的冲击力、压力等等，要起到防洪起到防洪(

17、fnghng)的作用，大坝必须的作用，大坝必须要求非常稳固。大坝建成梯形，增大了与要求非常稳固。大坝建成梯形，增大了与地面接触所形成的支撑面，支撑面越大越地面接触所形成的支撑面，支撑面越大越坚实，稳定性就越好。坚实，稳定性就越好。第35页/共56页第三十六页，共57页。C.C.为什么许多为什么许多(xdu)(xdu)课桌椅的支撑脚要做成往外倾斜？课桌椅的支撑脚要做成往外倾斜？ 这是为了进一步增大与地面接触这是为了进一步增大与地面接触(jich)(jich)所形成所形成的支撑面积，增加稳定性。的支撑面积，增加稳定性。注意：注意：支撑面支撑面接触面。接触面。接触面接触面: :是物体与地面接触形成是

18、物体与地面接触形成(xngchng)(xngchng)的面。的面。支撑面支撑面: :是物体与地面接触形成是物体与地面接触形成(xngchng)(xngchng)支撑点的连线支撑点的连线与地面构成的面。与地面构成的面。第36页/共56页第三十七页，共57页。接触面支撑(zh chng)面第37页/共56页第三十八页，共57页。 实验实验(shyn)(shyn)探究探究22：落地扇为什么不易倾倒？：落地扇为什么不易倾倒？ 落地扇的底座采用较重的材料，风扇(fngshn)比底座轻很多，使落地扇的重心降低。 第38页/共56页第三十九页，共57页。第39页/共56页第四十页，共57页。2 2结构结构(

19、jigu)(jigu)的稳定性与重心位置有关。物体重心越低，的稳定性与重心位置有关。物体重心越低，越稳定。越稳定。因素因素(yn s)(yn s)二：重心位置二：重心位置A.A.不倒翁为什么不倒？如果在它不倒翁为什么不倒？如果在它脖子上挂上一定数量脖子上挂上一定数量(shling)(shling)的铁环，它还会不倒吗？的铁环，它还会不倒吗？第40页/共56页第四十一页，共57页。 不倒翁的重心很低，就在它与地面的接触点上，所以不倒，如果往它的脖子挂上铁环，它的重心位置升高了，当铁环达到一定(ydng)数量时，不倒翁就不在是不倒翁了。重心的高低影响结构的稳定性。重心越低,稳定性越好;重心越高,稳

20、定性越差。 第41页/共56页第四十二页，共57页。B. B. 比萨斜塔比萨斜塔(b s xi t)(b s xi t)为什么不倒塌？为什么不倒塌？15901590年，意大利的伟大科学家伽俐略，曾在斜塔的顶层做过自由落年，意大利的伟大科学家伽俐略，曾在斜塔的顶层做过自由落体运动的实验，让两个重量相差体运动的实验，让两个重量相差1010倍的铁球，同时从塔顶落下，结倍的铁球，同时从塔顶落下，结果，两球同时着地，一举推翻了束缚人们思想近果，两球同时着地，一举推翻了束缚人们思想近20002000年的希腊著名年的希腊著名学者亚里士多德关于重量不同的物体其下落的速度也不相同的学者亚里士多德关于重量不同的物

21、体其下落的速度也不相同的“物物体下落速度与重量成正比体下落速度与重量成正比”的理论。伽俐略开创了实验物理的新时的理论。伽俐略开创了实验物理的新时代，被人们称为代，被人们称为“近代近代(jndi)(jndi)科学之父科学之父”，而他用来做实验的斜，而他用来做实验的斜塔也因而更加遐迩闻名。塔也因而更加遐迩闻名。 第42页/共56页第四十三页，共57页。 它从1174年始建，1350年竣工，经历了176年。但由于塔身过重，地质松软，因此塔身仍以每年125毫米的速度向南倾斜。到1999年1月，塔顶比中轴线偏斜已达48米。意大利当局为了拯救斜塔，已向全世界广泛征求保护(boh)方案，同时在塔的北侧加压了

22、830吨的铅块，并在塔身的三分之一处加了一圈铜缆，向北牵拉固定。不过斜有斜的好处，每天为“斜”而来的参观者多达10余万人，扔下大把大把的银子。如果它是一座正塔，比萨就不会有今天的风光，也就不会有这么多便宜可占了。第43页/共56页第四十四页，共57页。 通过分析长方体重心的垂线位置(wi zhi)与稳定性示意图，使学生容易理解，比萨斜塔不倒的原因是它的重心所在点的垂线落在塔的底面的范围内。当塔倾斜到一定程度，重心的垂线不再落在塔的底面时，塔就会倾倒。结构结构(jigu)重重心的位置：结心的位置：结构构(jigu)重心重心所在点的垂线所在点的垂线是否落在结构是否落在结构(jigu)底面的底面的范

23、围内，落在范围内，落在就是稳定的，就是稳定的，没有就是不稳没有就是不稳定的。定的。第44页/共56页第四十五页，共57页。 辽宁瑞州古塔，现存塔身高10米，塔身向东北方向倾斜12度，塔尖水平位移1.7米。该塔建成之后虽几经地震与洪水破坏(phui)，却始终斜而不倒，堪称奇迹。小资料小资料(zlio)：中国的斜塔：中国的斜塔第45页/共56页第四十六页，共57页。苏州的虎丘苏州的虎丘(h qi)塔塔虎丘塔高虎丘塔高47.747.7米，比意大利比萨米，比意大利比萨斜塔矮斜塔矮6 6米；塔尖偏离中心米；塔尖偏离中心2.342.34米，是比萨塔的一半；虎丘塔建米，是比萨塔的一半；虎丘塔建于于96196

24、1年，比比萨塔早完工年，比比萨塔早完工390390年年。因为地基。因为地基(dj)(dj)不牢，重不牢，重60006000吨的塔便倾向土堆的一边。吨的塔便倾向土堆的一边。 小资料小资料(zlio)：中国的斜塔：中国的斜塔第46页/共56页第四十七页，共57页。 一摞书，整齐放置时的稳如泰山；另一种放法一摞书，整齐放置时的稳如泰山；另一种放法, ,每本都往一边慢慢往外放置，到一定每本都往一边慢慢往外放置，到一定(ydng)(ydng)程度时一程度时一摞书就全倒了。摞书就全倒了。小实验小实验(shyn)(shyn)第47页/共56页第四十八页，共57页。3 3、结构、结构(jigu)(jigu)的

25、稳定性与它的几何形状有关。的稳定性与它的几何形状有关。 A A、A A字形梯为什么载人时能够保持稳定？如字形梯为什么载人时能够保持稳定？如果果(rgu)(rgu)没有梯子中间的拉杆将会怎么样？没有梯子中间的拉杆将会怎么样？ 一般情况下，梯子打开的时候，梯面与地面组成三角形，梯子本身就能站得稳。当连接两个梯面的横杆拉直时，两个梯面的上半部分就与横杆构成了稳定的三角形，这就进一步加强了梯子的稳定性，保证(bozhng)梯子能承受人体的压力。如果没有梯子中间的拉杆，载人时就不能保持稳定。第48页/共56页第四十九页，共57页。 因为三角支架与地面有因为三角支架与地面有三个接触点，形成的三角形三个接触

26、点，形成的三角形结构使照相机的支撑架更容结构使照相机的支撑架更容易易(rngy)(rngy)稳定。稳定。B B、照相机的支撑架为什、照相机的支撑架为什么常使用么常使用(shyng)(shyng)三脚三脚架而不用其他形状？架而不用其他形状？因素三： 结构的稳定性与它的几何(j h)形状有关。 第49页/共56页第五十页，共57页。 建筑中广泛运用了三角形的稳定性。房子、桥梁的桁架大多都是由多个三角形构成的；钢架结构的十字梁同样是运用这一原理，在四边形的框架中用两条杆件作对角线，形成多个三角形，既节省了材料，减轻了结构的质量，又有效地加强了结构的强度和稳定性。十字钢梁也是建筑中常用的构件，如在高压输电(shdin)的铁塔、悬索桥的塔架，以及摩天大楼钢架结构中都被普遍地采用。补充补充(bchng)（三角形稳定性的应用）：（三角形稳定性的应用）：第50页/共56页第五十一页，共57页。静止状态的单车(dnch)如何保持稳定 案例案例(n l)(n l)分析分析 ：（1）双腿支撑(zh chng) （2）单腿支撑 第51页/共56页第五十二页，共57页。不稳定的结构不稳定的结构(jigu)应用：应用：.倒置的啤酒瓶可以(ky)预报地震。.在打水的桶口边挂一重物