通用技术-结构与设计课件.ppt

1、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。的有序搭配和排列。从力学的角度：结构是指可承受一定从力学的角度：结构是指可承受一定应力应力的的物体形态，结构可以物体形态，结构可以抵抗抵抗能引起形状和大小变化能引起形状和大小变化的的力力。2.结构与力3.结构的分类结构的分类 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：实体结构：通常是指结构体本身是实心的结构。框架结构：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：壳形结构：通常是指层状的结构。结结构构4.结构与稳定性结构的

2、稳定性结构的稳定性结构在结构在负载负载的作用下维持其原的作用下维持其原有有平衡状态平衡状态的能力。的能力。结构稳定性的主要影响因素重心位置的高低重心位置的高低支撑面的大小支撑面的大小结构（构件）的形状结构（构件）的形状1重心越低重心越低,稳稳定性越好定性越好;重重心越高心越高,稳定稳定性越差性越差2结构与地面结构与地面接触所形成接触所形成的支撑面越的支撑面越大越稳定大越稳定3三个支撑点组三个支撑点组成三角形结构成三角形结构更容易稳定结更容易稳定结构的构造形状构的构造形状(三角形更稳定三角形更稳定)结构底面的范围内。结构底面的范围内。5.结构稳定的条件结构稳定的条件支撑面支撑面重心所在点的垂线落

3、在重心所在点的垂线落在 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.典型结构的欣赏典型结构的欣赏 结构的结构的强度强度是指结构具有的抵抗是指结构具有的抵抗被外力被外力破坏破坏的能力。的能力。一、结构的强度一、结构的强度（一）、强度与应力（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发生了改变，这种作

4、用力的改变称作为内力内力。如何来理解内力呢？如何来理解内力呢？把这根绳子承受的合力就叫做内力把这根绳子承受的合力就叫做内力。用。用“N表示，单位是表示，单位是“牛牛”F1+F2+F3+F4外力内力内力PN 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。弯曲力内力左拉力左拉力右拉力右拉力内力内力内力内力右压力右压力 左压力左压力内力内力内力内力图图2:内力抵抗压力示意图内力抵抗压力示意图图图1:内力抵抗拉力示意图内力抵抗拉力示意图图图3:内力抵抗弯曲力示意图内力抵抗弯曲力示意图 通过研究发现内力的大小与构

5、件单位截面面积有关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？如何来理解呢？所以说：所以说：内力的大内力的大小与构件小与构件单位截面单位截面面积有关面积有关.在拔河时，绳子受在拔河时，绳子受到两边拉力的作用，到两边拉力的作用，因此拔河用的绳子往因此拔河用的绳子往往是用多股细绳绞合往是用多股细绳绞合在一起而成的，在一起而成的，有效有效地增大了绳子的横截地增大了绳子的横截面积，减少了绳子的面积，减少了绳子的应力，同时，还可以应力，同时，还可以防止它们之间的相对防止它们之间的相对移动，保证各股细绳移动，保证各股细绳同时受力同时受力。同样的道。同样的道理，起重机用的钢丝理，起重机用的钢

6、丝绳、悬索桥的钢索等绳、悬索桥的钢索等都是多股合成的。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我们将构件单位截面面积所承受的内力称为应力应力。用用“”表示，单位是表示，单位是“PAPA”用公式表示就是用公式表示就是:=N/A=N/A(“A A”:表示横截面积。单位是平方米（表示横截面积。单位是平方米（M2)M2)。例如：建筑物混凝土方柱，这个方柱的许用应力为例如：建筑物混凝土方柱，这个方柱的许用应力为0 0、5MPA5MPA，支柱的横截面积为边长支柱的横截面积为边长L=400MML=400MM的正方形，支柱顶受轴向压的正方形，支柱顶受轴向压力力P=45KNP=45KN，支柱重力，

7、支柱重力G=22KNG=22KN，求支柱的底截面上的应力是，求支柱的底截面上的应力是多少？方柱会不会损坏？多少？方柱会不会损坏？解：解：N=P+G=45KN+22KN=67KN=67000 NN=P+G=45KN+22KN=67KN=67000 N0.419MPA 0.5MPA 答：应力是答：应力是0.419MPA.不会断不会断S=0、4M X 0、4M=0、16M2=N/A=67000N/0、16=418750N/M2=0、419MPA（1MPA=106PA）这就是：许用应力应力这就是：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古代有几兄弟经常打架，父亲

8、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。十根筷子就折不断了。从此，几兄弟便团结起来。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？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；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，所受应力就小了多根筷子一起，截面积变大了，所受应力就小了 2 2、如左图：此结构什么地方受到的应力最大？、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：最细处，此处

9、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。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？、铁质物体与木质物体哪个的容许应力大？4 4、假设花杆支柱最粗处的直径为、假设花杆支柱最粗处的直径为3CM3CM，最细处的直径为最粗处的一半，外力冲，最细处的直径为最粗处的一半，外力冲击所产生的内力为击所产生的内力为30N30N，试计算支柱上的最大应力为多少？，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，所以支柱所能承易被破坏，是整个支柱最薄弱的

10、地方，所以支柱所能承受的最大应力取决于最细处的应力。受的最大应力取决于最细处的应力。30/（3.14*0.75*0.75）=16.98 N/CM25、截面粗细不同的两根实心直杆件，在相同的拉力作、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（坏，其根本原因与（）A外力有关外力有关 B内力无关内力无关 C应力有关应力有关 D材料有关材料有关C C（二）强度与材料（二）强度与材料1、强度与材料、强度与材料 揭示了结构强度与材料的关系。即结构揭示了结构强度与材料的关系。即结构强度高，材料不易被

11、破坏。结构强度低，则强度高，材料不易被破坏。结构强度低，则材料易被破坏。材料易被破坏。例如、学校操场上的例如、学校操场上的不锈钢管旗杆的上部不锈钢管旗杆的上部被大风吹弯。被大风吹弯。主要原因是钢管的强主要原因是钢管的强度不够度不够。又如：又如：人坐在板凳上用力摇几下，板凳坏了。人坐在板凳上用力摇几下，板凳坏了。四川汶川在四川汶川在7、8级地震中级地震中80%房子倒塌。房子倒塌。再如：鸡蛋能支起砖头再如：鸡蛋能支起砖头 这就属于结构强度这就属于结构强度够形成的。够形成的。荷载作用传到梁上，梁受力变形趋势如图荷载作用传到梁上，梁受力变形趋势如图。钢筋：起着拉力作用钢筋：起着拉力作用 水泥：起着凝固

12、作用水泥：起着凝固作用碎石：起着骨架作用碎石：起着骨架作用 砂子：填充料作用砂子：填充料作用钢筋承受拉力，混凝土承受压力。钢筋承受拉力，混凝土承受压力。水泥是胶凝材料，水泥是胶凝材料，用来包裹砂子、石子。用来包裹砂子、石子。石子、砂子主要是提供强度石子、砂子主要是提供强度。2、结构形状、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：值得说明的是：“工工”字型钢、十字钢、管材字型钢、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。特别值得强调等优点被广泛应用

13、。特别值得强调“工工”字型钢：字型钢：他被广泛的应到建筑中，构成建筑物的骨架。角钢：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。焊制铁床。管材：管道。三、结构的连接三、结构的连接 构件连接处的强度是影响整个结构强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。接处的牢固程度等。不同的材料有不同的连接方式。连接方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，结构构件的连式不同，结构的强度也不同，结构构件的连接方式：

14、接方式：铰连接铰连接 刚连接刚连接（一）：别压穿插搭接而成2023-1-17胶接：胶接：是利用在联接面上产生的机械结合力、物理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。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：焊接：利用连接件之间的金属分子在高温下互相渗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。透而结合成整体的一种金属结构构件连接方法。（一）：在自行车各部件之间的连接中铰刹车连杆之间属于刹车连杆之间属于_连接连接辐条与钢圈之间属于辐条与钢圈之间属于_连接连接三角架属于三角架属于_连接连接刚刚在自行车各

15、部件之间的连接中 辐条与钢圈之间属于_连接刚2023-1-17在自行车各部件之间的连接中 三角架属于_连接；刚2023-1-17 问题：我们来看一下问题：我们来看一下A A形铝梯各构件之间采用的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。连接方式是什么？为什么采用这样的连接方式。答：答：A形梯两侧立边与横形梯两侧立边与横档之间采用焊接的方式。档之间采用焊接的方式。这样就使构件在连接处既这样就使构件在连接处既不能相对移动，又不能相不能相对移动，又不能相对转动，即可以传递力，对转动，即可以传递力，也可以传递力矩。也可以传递力矩。A形梯的两面铰结点处采形梯的两面铰结点处采用螺栓接

16、的方式，这样做用螺栓接的方式，这样做就使构件在被连接处不能就使构件在被连接处不能相对移动，但可以相对转相对移动，但可以相对转动，即可以传递力，但不动，即可以传递力，但不能传递力矩。能传递力矩。总之：这样做的好处是保证结构和构件总之：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。足以支持自身质量及荷载。二、影响结构强度的因素二、影响结构强度的因素1、结构的形状：、结构的形状：2、使用的材料：、使用的材料：3、材料之间连接方式：、材料之间连接方式：一、结构强度的概念：一、结构强度的概念：2023-1-17小结小结结构具有

17、的结构具有的抵抗被外力破坏抵抗被外力破坏的能力的能力。结构不仅是事物存在的一种形式，而且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，对事物的功能和作用产生着直接影响，结构的改变结构的改变可能导致可能导致功能的变化功能的变化。结构与功能结构与功能第三节第三节 结构设计结构设计 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、行基本的描述（图纸）。还要从功能、实用、安全、经济、美观

18、和人性化等角度综合考虑，以保证结构设计的目的和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。要求。以模型桥为对象进行结构设计，要求形成设计方案，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。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；要求孔高不低于的前提下，桥长不限；要求孔高不低于15CM，桥面宽度不小于桥面宽度不小于8CM，承重的质量不小于，承重的质量不小于500G，承重，承重时间时间15S以上。以上。结构设计应考虑的主要因素结构设计应考虑的主要因素反

19、馈练习：反馈练习：1、结构是指、结构是指 （）A、构成自身的空间形态、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、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、承受力和抵抗变形 D、可承受一定力的非架构形态、可承受一定力的非架构形态B2、自行车的辐条，一端穿在轴盘上，另一端拧在传过轮圈、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（的空心螺纹上，由辐条在工作中承受的力是（）A、拉力、拉力 B、压力、压力 C、弯曲力、弯曲力 D、扭转力、扭转力D3、下面哪一种情况不是受扭转力的作用（、下面哪一种情况不是受扭转力的作用（）A、车的传

20、动轴主要受到的做用力、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、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、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、单杠的杠体所承受的力D5、上刀梯表演的演员，脚面所承受的力（、上刀梯表演的演员，脚面所承受的力（）A、扭曲力、扭曲力 B、弯曲力、弯曲力 C、剪切力、剪切力 D、压力、压力C4、晾晒衣服时，通常的做法是在两根柱子之间系一根软绳，、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。

21、在本结构中，柱子主要受到（如图所示。在本结构中，柱子主要受到（）。）。A、扭转力、扭转力 B、弯曲力、弯曲力C、剪切力、剪切力 D、压力、压力BB7、分析下列物体结构类型，属于壳体结构的是（、分析下列物体结构类型，属于壳体结构的是（）A、鸟巢、鸟巢 B、橡皮擦、橡皮擦 C、篮球架、篮球架 D、电灯泡、电灯泡D8、下列结构中分类错误的是、下列结构中分类错误的是 （）A、实体：墙体、实体：墙体 B、壳体：钢化玻璃锅盖、壳体：钢化玻璃锅盖 C、框架：窗户、框架：窗户 D、壳体：篮球架、壳体：篮球架D6、建筑工地所用的脚手架属于那种结构（、建筑工地所用的脚手架属于那种结构（）A、实体结构、实体结构 B

22、、空心结构、空心结构 C、壳体结构、壳体结构 D、框架结构、框架结构D10、摩托车事故中驾乘人员死亡的、摩托车事故中驾乘人员死亡的70%以上都是没有带头盔或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、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。、合格头盔的密封性好，里面的空气能起到缓冲撞击的作用

23、。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、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、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、汽车的引擎盖在结构中属于哪种类型 （）A、实体结构、实体结构 B、框架结构、框架结构 C、壳体结构、壳体结构 D、其他、其他C11、材质相同，截面粗细不同的两个杆件，在相同的拉力、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，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

24、（原因是（）A、截面越大，杆件的内力越大、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、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、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、截面越小，杆件单位面积承受的应力越大D12、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（）A B C D E FA13、桥梁的结构设计中，最优先考虑的因素是（、桥梁的结构设计中，最优先考虑的因素是（）A、成本、成本 B、安全、安全 C、美观、美观 D、个性化需要、个性化需要14、影响结构稳定的因素、影响结构稳定的因素（）

25、（1）物体的形状）物体的形状 （2）材料）材料 （3）材料之间的连接方）材料之间的连接方式式 （4）物体重心的位置）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、独角茶几的底座一般采用比较重的材料（如大理石），这是为了石），这是为了（）A、增加强度、增加强度 B、增加稳定性、增加稳定性 C、没有什么作用、没有什么作用 D、更加美观、更加美观BCB16、日常生活中，你所见到的以下哪一个结构是不属于、日常生活中，你所见到的以下哪一个结构是不属于

26、利用不稳定结构实现某些功能（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、游乐设施的跷跷板功能结构 B、房间门口的活页功能结构、房间门口的活页功能结构 C、学校运动场的篮球架结构、学校运动场的篮球架结构 D、圆珠笔的闭嘴结构、圆珠笔的闭嘴结构17、我们常用的、我们常用的A形梯不采用铝合金片，而是采用长方形截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，（面的构件，这说明以下哪个因素，（）影响着结构强度？）影响着结构强度？A、材料、材料 B、形状、形状 C、构件、构件 D、连接方式、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、如图，水泥梁在受力

27、后会发生变形，此时它的上面沿表面的受力是表面的受力是 （）A、梁的上表面受到压力，下表面受到压力、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、梁的上表面受到压力，下表面受到拉力 C、梁的上表面受到拉力，下表面受到压力、梁的上表面受到拉力，下表面受到压力BBC19、范仲淹的、范仲淹的“先天下之忧而忧，后天下之乐而乐先天下之忧而忧，后天下之乐而乐”使使岳阳楼闻名天下。它是一座三层纯木结构建筑，斗拱、岳阳楼闻名天下。它是一座三层纯木结构建筑，斗拱、飞檐结构复杂，工艺精美，令人惊叹。斗拱使屋面凹曲，飞檐结构复杂，工艺精美，令人惊叹。斗拱使屋面凹曲，飞檐使沉重的建筑增添了轻快欲飞的美感，体现了高贵飞檐使沉重的建筑增添了轻快欲飞的美感，体现了高贵华美的丰韵，丰富了中国古代建筑文化。可以从哪两个华美的丰韵，丰富了中国古代建筑文化。可以从哪两个角度来欣赏评价经典结构角度来欣赏评价经典结构 （）（1）技术）技术 （2）工艺）工艺 （3）民俗）民俗 （4）文化）文化 A、（、（1）（）（2）B、（、（3）（）（4）C、（、（2）（）（3）D、(1)(4)D