1、技术与设计技术与设计2 2简要介绍简要介绍.第一节第一节 常见结构的认识常见结构的认识.【猜谜语猜谜语】南阳诸葛亮，稳坐南阳诸葛亮，稳坐军中帐，摆起八卦阵，单捉飞军中帐，摆起八卦阵，单捉飞来将来将。谜底：蜘蛛.蜂蜂巢巢.1 1 无处不在的结构无处不在的结构n蜘蛛网优点：节点间有路径，网丝密布有规律。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。猎物振动传递枢纽网。n蜂巢优点：使用最少的材料，制造尽可能宽敞的蜂巢优点：使用最少的材料，制造尽可能宽敞的空间，无缝隙。空间，无缝隙。 如果蜂巢呈圆形或八角形，会出现空隙；如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
2、积会减小，所以在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。这些形状中六角形是效率最好的。.1 1 无处不在的结构无处不在的结构 在自然界，相同的物质，不同的结构，表在自然界，相同的物质，不同的结构，表现出不同特性的现象处处可见。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；）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）同样是碳，但有最硬的固体金刚石和 最软的固体石墨存在。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。构是设计者和制造者的重要
3、追求。.结构的含义：结构的含义： 结构是指物体的各个组成部分结构是指物体的各个组成部分之间的之间的有序有序搭配和排列。搭配和排列。 世界上任何事物都存在着结构，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结构多种多样决定着事物存在的性质。质。.自然界的结构给人们的启示：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，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。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，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
4、灾难反之，则可能给人类带来灾难。.惨痛教训魁北克大桥的坍塌魁北克大桥的坍塌 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，时，大桥的整个金属结构垮了，19000t钢材和钢材和86名工人名工人落入水中，只有落入水中，只有11人生还。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大桥坍塌的原因是设计师在没有对桥梁的关键部位做
5、相应加固的情况下，擅自将原来做相应加固的情况下，擅自将原来500m的桥长延长到了的桥长延长到了600m，造成大桥南端制动臂上的压力索发生弯曲，导致，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。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。克大桥上的金属制成的。.作业作业n1、你从、你从技术与设计技术与设计1中学到了什么？中学到了什么？n2、你认为在自然界和人类社会中，有哪些结、你认为在自然界和人类社会中，
6、有哪些结构因为排列不同，性质不一样？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、对结构的受力研究和物理学研究的力有什么区别？究的力有什么区别？2、壳体结构为什么能够承受很大、壳体结构为什么能够承受很大的力？的力？.2 2 结构与力结构与力 从力学角度来说从力学角度来说, 结构结构是指可承受一定是指可承受一定力的力的架构形态架构形态, 它可以抵抗能引起形状和大它可以抵抗能引起形状和大小改变的力。小改变的力。.自行车的组成自行车的组成构件构件自行车车架、自行车车架、车把、传动、车把、传动、座鞍、车轮、座鞍、车轮、辐条、车闸辐条、车闸等等。.压力拉力. 结构受力分析结构受力分析 构
7、件所受力的表现形式主要有受拉、构件所受力的表现形式主要有受拉、受压、剪切、扭转受压、剪切、扭转 和弯曲等。和弯曲等。 受拉受拉 受压受压. 剪切 扭转扭转 曲力曲力.受受 拉拉 物体所承受的拉拽力物体所承受的拉拽力 受受 压压 挤压物体所承受的力挤压物体所承受的力 剪剪 切切受到两个距离很近受到两个距离很近 ,大小相等大小相等,方方向相反向相反,且作用于同一物体上的平且作用于同一物体上的平行力行力 扭扭 转转 受到反方向向物体两端均匀施力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使物体发生扭转形变的力 弯弯 曲曲 作用于物体作用于物体 受到使它产生弯曲的受到使它产生弯曲的力力 构件
8、的基本受力形式构件的基本受力形式：受拉、受压、剪切、扭转和弯曲。 .2 2 结构与力结构与力 内力：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：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 2 结构与力结构与力 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 1、实体结构、实体结构n几何特征及受力：几何外形简单，通常有几何特征及受力：几何
9、外形简单，通常有杆（柱）、板、体等之分。它的受力特点杆（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是能承受较大的力，外力分布在整个体积中。中。.2 2、框架结构、框架结构n几何特征及受力：几何外形较为复杂，其几何特征及受力：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。同，可以设置成不同框架的组合。.3 3、壳体结构、壳体结构n几何特征及受力：壳体内空时，受力合理、形态几何特征及受力：壳体内空时，受力合理、形态稳定。壳的几
10、何形状有折线式（方形、长方形、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。多边形）的、圆弧形的和拱形的等。壳受冲击力，壳受冲击力，外力由弧面整体分担，抵抗变形外力由弧面整体分担，抵抗变形。.n【提问提问】为什么头盔可以起到保护人安全的目为什么头盔可以起到保护人安全的目的？的？n当出现交通事故时，头盔的某一部位受到一个当出现交通事故时，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。保护人安全的目的。n原理：三维圆弧面每一点都均匀受力。原理：三维圆弧面每一点都均匀受力。.4 4、组合结构、组合结构n在日常生活中我们常见的结构大部分都是在日常生活中我们常见的结构大部分都是组合结构，如：拱形桥梁都是拱形和实体组合结构，如：拱形桥梁都是拱形和实体结构的组合体；圆顶大厦的顶部都是框架结构的组合体；圆顶大厦的顶部都是框架结构和壳体结构的组合。结构和壳体结构的组合。.课堂小结课堂小结.
