资源简介

(共45张PPT)
1.2稳固结构的探析
第一单元 结构与设计
1.结构与稳定性
目录
2.结构与强度
3.结构与功能
台风来了。。。
为什么树会倒，广告牌会破？
因为树受到台风的作用，不能维持它原本的平衡状态了。
1.结构与稳定性
结构的稳定性：
指结构在荷载的作用下维持其原有平衡状态的能力。
如果一个物体的结构不能有效地抵御载荷的作用，
那么该物体就很难承受荷载而保持原有平衡状态。
物体抵御外力维持平衡的能力。
那到底什么样的结构是稳定的？
马上行动
重力
风力
说明下列物体有可能因受哪些力的作用而出现不稳定现象，并根据你的生活经验，简要说明原因？
物体 受到的外力 不稳定的主要原因
支撑面小，重心落在支撑面以外。
重力
碰撞
底座不够重，重心偏高。
马上行动
说明下列物体有可能因受哪些力的作用而出现不稳定现象，并根据你的生活经验，简要说明原因？
物体 受到的外力 不稳定的主要原因
重力
碰撞
与地面接触所形成的支撑面较小，重心偏高。
马上行动
说明下列物体有可能因受哪些力的作用而出现不稳定现象，并根据你的生活经验，简要说明原因？
物体 受到的外力 不稳定的主要原因
影响结构稳定性的主要因素有哪些？
重心位置的高低
支撑面的大小
结构的形状
不倒翁为什么不倒？
独脚茶几为什么能够稳定？
茶几高度设计比较低；
底座采用较重的材料；
台面采用比底座轻的材料。
重心低。
影响结构稳定性的主要因素(1)—结构的重心
重心越低，稳定性越好；
重心越高，稳定性越差。
重心所在点的垂线落在结构底面的范围内，就是稳定的，不会出现倾倒。
高塔为什么一般上面很小，下端面积很大？
影响结构稳定性的主要因素(2)—结构的支撑面
结构与地面接触所形成的支撑面
越大越稳定，越小越不稳定。
注意：
支撑面≠接触面。
接触面:物体与地面接触形成的面。
支撑面:物体与地面接触形成支撑点的
连线与地面构成的面。
大坝横截面呈梯形
课桌的桌脚向外斜
屏风隔断为什么通常都摆成Z字型，而不摆成一字型？
影响结构稳定性的主要因素(3)—结构的形状
结构的形状不同，其稳定性也不同。
照相机、摄像机为什么用三脚架支撑而不用四脚架？五脚架……？
电冰箱的4只支撑脚中有一只可以调节高低，同理于照相机支撑架。
马上行动
人们利用梯子可以登高。请分析A字形梯载人时能稳定的原因，如果没有梯子中间的拉杆将会怎么样？
拉杆
A字形梯的两边支脚分别与地面形成较大的支撑面，中间由拉杆固定，当人站上梯子时，人和梯子重心的垂线落在四个支撑脚形成的底面范围内。因为支撑面大，人稍有倾斜，重心的垂线仍在支撑面内，所以结构是稳定的。
如果没有中间的拉杆，人站上梯子时，两梯脚会向外滑动，A字形结构被破坏，失去平衡，梯上的人就会跌落下来。
案例分析
静态的自行车是如何保持稳定的？
马上行动
支撑点与地面构成的几何形状
前、后轮的受力
重心位置
稳定情况
三角形
稳定
重心落在两支撑点与前轮与地面的接触点构成的三角形中
前轮着地，后轮不受力
生活中我们有这样的经验，一个物体要有三个支撑点才能稳定，如果只有两个就会倒下。但是我们也看到过这样的现象：
物体在运动状态中和在静止状态中稳定条件是不同的。
探究
自行车在骑动时，只有两个支撑点，却不会倒下的原因？
一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。车轮转的越快越不容易倒，因为车轴有一股保持水平的力量。
另外，人在反复练习后，掌握了随时平衡车体平稳的能力也是一个比较重要的原因。
思考：还有哪些因素会影响结构的稳定性？
在汽车制造业中，利用壳体结构和薄钢板材制造汽车的车体，而不用框架结构或较厚的钢板，原因是什么？
现在的汽车是框架和壳体结构的组合。壳体结构表面能分散所受的力，在同样的安全性下，与单纯的框架结构比相比，可以使用更薄的钢板材，使车体质量较小，重心下移。
材料也是影响结构稳定性的因素。
结构的稳定性在日常生活中有着广泛的应用，一方面人们利用稳定的结构抵抗外力、承受负载，另一方面又利用不稳定的结构实现某些功能。例如：
地震多发地区，人们利用倒置的啤酒瓶来预报地震。
2.结构与强度
结构的强度：
指结构具有抵抗被外力破坏的能力。
受力的五中基本形式：
受拉、受压、受剪切、受扭转、受弯曲。
马上行动
事件 结果 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
竹竿比脆性塑料杆能挂更多的重物而不会断裂
不同材料的抗拉性能不同
中间有焊接缝的钢管受到撞击时容易损坏
构件的连接方式不同
影响结构强度的主要因素：
结构的形状
使用的材料
构件间连接方式
案例分析：强度
影响结构强度的主要因素1——结构的形状
结构的外部形状——三角形、拱形
结构的构件截面形状——工字形、圆形
不同横截面形状的构件所能承受力的程度是不一样的。
结构的外部形状——三角形
结构的外部形状
——拱形
工字形截面
圆形截面
小试验：
测试用不同截面形状的构件做成的悬梁的强度
控制变量法：只改变一个研究因素，其他条件不变。
需改变的因素：
构件的截面形状
需控制相同的条件：
悬臂长度相同；
截面周长相同；
……
思考1：设想用截面为凹槽形状的构件做悬梁，凹槽侧向放置与向上放置所能承受的重力是否相同？
凹槽的朝向不同，
所能承受的拉力也不同。
思考2：试验过程中还需要注意什么？
纸筒两端架在两凳子上进行试验。
技术试验报告：
1.试验目的；
2.试验准备；
3.试验步骤；
4.试验记录；
5.试验总结。
结构的强度与材料有关。
影响结构强度的主要因素2——结构的材料
问题：是不是钢材组成的结构的强度一定比塑料或木材大？
不同的材料能承受不同形式的作用。
绳子可受拉，不可受压、受弯曲；
混凝土抗压性能好；
钢筋抗拉性能好。
影响结构强度的主要因素3——构件间连接方式
结构是由若干个构件通过不同的连接方式组合而成的。
结构的构件间的连接方式直接影响结构的强度。
铰连接：
构件在连接处不能相对移动，但可以相对转动。
松铆、松螺栓、合页连接。
刚连接：
构件在连接处不能相对移动，也不能相对转动。
木工：榫接、胶接、钉接；
金工：焊接。
连接方式
(1)对一个用4根小木条钉成的相片框,使它更牢固的做法是什么
(2)在自行车各部件之间的连接中,自行车各根钢管间属于_______连接；刹车连杆之间属于_________连接；辐条与钢圈之间属于_______连接。
马上行动
可用直角铁片固定在连接处的背面;
用胶水加固连接部位；
在不影响使用的前提下对角线加木条。
刚
铰
刚
(3)比较左图中同一结构的几种连接方式,当横梁受到向下的荷载作用时，请分析哪种连接方式的强度更好。
第一种是榫接，强度较大，结构最稳定。
第二种是用钉子连接，当上端受压力时，连接处要承受剪切力，容易造成连接处断裂，所以强度最小。
第三种也是钉子连接，但当上端受压力时，连接处所承受的是压力，同时因为没有榫接打孔影响结构，所以强度最大。
3.结构与功能
结构对事物的功能和作用产生着直接的影响，结构的改变可能导致功能的改变。
案例分析：伞与拐杖/多用起子
案例分析：自行车的结构与功能
小结
1.结构的稳定性
重心、支撑面、形状
2.结构的强度
形状、材料、连接方式
3.结构的改变可能导致功能的改变
THANKS
1.1 常见结构的认识
蜂窝构造的应用
塑性材料，防挤压、冲撞，做包装填充物。
应用于高层建筑的外墙上，具有高强的抗挠曲能力，而且质轻，刚度大、板面平整度好，更具有良好的隔音、隔热、防震、防火作用，实为一种优良的节能环保建筑装饰材料
结构的构件截面形状

展开更多......

收起↑