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(共44张PPT)
第一单元 结构与设计
——常见结构的认识
无处不在的结构
结构是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列。
世界上任何事物都存在结构，结构多种多样且决定着事物存在的性质。
金刚石和石墨的物理性质为什么有很大的差别？
金刚石和石墨中的碳原子的排列结构不同
无处不在的结构
DNA双螺旋结构
DNA的碱基组成和排列顺序决定着生物的遗传特性
无处不在的结构
自然界
科罗拉多大峡谷
无处不在的结构
蜂巢
蜂巢优点：使用最少的材料，制造尽可能宽敞的空间，无缝隙。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，那么面积会减小，所以在这些形状中六角形是效率最好的。
无处不在的结构
谜语
南阳诸葛亮，
稳坐军中帐，
摆起八卦阵，
单捉飞来将。
无处不在的结构
无处不在的结构
大自然——最完美的设计师
自然界中许多形形色色的结构，给了人们无限的创造灵感和启示，通过对自然界中结构的分析和研究，人们将其成果应用到技术领域，更好地服务于人类。
思考：
生产生活中还有哪些产品的结构是受到自然界事物结构的启发而产生的？
无处不在的结构
苍耳子
无处不在的结构
尼龙搭扣
鸟
鹰眼
导弹跟踪系统
飞机
苍蝇的复眼包含4000个可独立成像的单眼，能看清360度范围内的物体。在蝇眼的启示下，人们制成了由1329块小透镜组成的一次可拍1329张高分辨率照片的蝇眼照像机，在军事、医学、航空、航天上被广泛应用。
无处不在的结构
苍蝇
蝇眼照相机
蜂窝构造由无数个大小相同的正六边形的房孔组成，这种结构强度很高，重量很轻，还有益于隔音和隔热。
无处不在的结构
蜂窝
散热机箱
在技术领域，产品的结构更是丰富多彩
无处不在的结构
技术领域
鸟巢和水立方
故宫
自由女神像
大本钟
悉尼歌剧院
双子塔
泰姬陵
圣索菲亚大教堂
无处不在的结构
结构影响着它们的性质和功能，结构方面存在的一个小问题也许就 会导致重大事故的发生。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。
惨痛教训
案例分析：魁北克大桥的坍塌
设计师擅自改变桥的结构。不合理的结构会使结构或材料所受到的外力超过其承受的极限。　　
无处不在的结构
思考：大桥坍塌的原因是什么？
工程师之戒
内容结构
人员的学历结构
无处不在的结构
社会领域
含义：结构体本身是实心的结构
受力特点：外力分布在整个体积中
大坝
长城
埃及法老像
结构的类型
实体结构
希腊帕特农神庙
（又称雅典娜神庙）
含义：结构体由细长的构件组成的结构
受力特点：能承受竖向重力和水平方向的荷载
建筑用脚手架
结构的类型
框架结构
含义：层状的结构
受力特点：外力作用在结构体的表面上
贝壳
头盔
蒙古包
结构的类型
壳体结构
组合结构是由两种或两种以上的基本结构类型组合而成的。
多形体结构设计的综合
完美的城市
人们追求的
结构的类型
物体结构 实体结构 框架结构 壳体结构 组合结构 受力特点
栅 栏
圆形陶瓷装饰品
冰 山
高层建筑的穹顶
钢花玻璃锅盖
竹 排
汽车外壳
人的头盖骨
古罗马斗兽场
竖向与水平方向荷载
外力作用在结构体的表面
马上行动：指出表中物体的结构类型及受力特点
外力作用在结构体的表面
外力作用在结构体的表面
外力作用在结构体的表面
外力作用在结构体的表面
外力分布在整个体积中
综合受力
竖向与水平方向荷载
结构的类型
结构与力
生活中常见的结构都要承受一定力的作用。那么结构与力有什么关系呢？
分析上图中桥梁和椅子的共同之处：
这些结构都具有一定的形状
都需要承受外力的作用
在一定范围内都具有抵抗其形状和大小改变的能力。
从力学角度来说, 结构是指可承受一定力的架构形态, 它可以抵抗能引起形状和大小改变的力。
一个复杂的结构由许多不同部分组成，这些组成部分通常称为构件。
结构与力
分析结构的受力情况时
首先要清楚组成结构的构件受到哪些力的作用；
其次要清楚在这些力的 作用下，构件能否安全、可靠地工作，也就是对构件进行承载能力分析。
构件的受力形式有哪些呢？
结构与力——构件的受力形式
构件受到拉力的作用
结构与力——构件的受力形式
拔河时绳子受拉
荡秋千时吊索受拉
结构与力——构件的受力形式
趁热打铁，铁块受压
桥梁的桥墩受压
构件受到压力的作用
若一个物体承受与之垂直的负荷时，一般称其为梁。受此一负荷后梁必会产生弯曲现象。
结构与力——构件的受力形式
引体向上运动时，横杆受弯曲
构件受到弯曲力的作用
当构件承受外力作用时，其一部分发生滑动或剪断之倾向时，即会产生剪切力。
两个距离很近、大小相等、方向相反、作用于同一物体上的平行力
结构与力——构件的受力形式
剪刀剪纸时，
纸受剪切
构件受到剪切力的作用
结构与力——构件的受力形式
构件受到扭转力的作用
扭毛巾时毛巾受扭转
结构与力——构件的受力形式
受拉
受压
受弯曲
受剪切
受扭转
结构与力——构件的受力形式判断技巧
将一个火腿肠从中间截为两段，请分析其受什么力？
用工具： （1）刀切开
（2）剪刀剪开
空手： （3）掰弯
（4）扭断
（5）拉断
受压
受剪切
受弯曲
受扭转
受拉
结构与力——构件的受力形式
思考：梁只是由混凝土材料构成的吗
一般的构件都受到多种力的同时作用
结构与力——构件的受力形式
结构与力——构件的受力形式
钢筋混凝土横梁的受力与位置
例 [2016.10浙江]如图所示为钢筋混凝土横梁的受力变形示意图。由于混凝土擅长抗压力，而钢筋擅长抗拉力，为了合理利用钢筋，下列对横梁的分析中正确的是(　　)
A．上部弯曲的程度比下部大，应在上部布置粗钢筋，下部布置细钢筋
B．上、下都受弯曲，应在上部和下部布置相同的钢筋
C．上部受压，下部受拉，应在上部布置细钢筋，下部布置粗钢筋
D．上部受拉，下部受压，应在上部布置粗钢筋，下部布置细钢筋
C
例题精讲
【解析】本题考查梁的受力分析。常见的题目是考查外部施加的力使构件受力的分析，而本题的视角从外部转移到了构件本身(构件内部)。实际上，在没有其他构件对本构件施加外力的情况下，其本身重力的作用下也会产生各种不同形式的力。
横梁整体受弯曲，梁的上部受压，下部受拉，所以应在上部布置细钢筋，混凝土的比例高抗压，下部布置粗钢筋，钢筋的比例高抗拉。
例题精讲
结构与力——构件的受力形式
测试结构抗拉、抗压等特性
测试和检测各种瓶盖开合
测试螺钉扭力
物理学与通用技术研究力的角度不同，物理学往往研究外力，把物体当质点，哪怕是地球，在研究它绕太阳转动时，仍把它当作质点。
技术学则关注一个物体内部受力情况。
　 在分析结构的构件受力过程中，其侧重点是力引起结构的形变和破坏，物理中力学分析的侧重点是力会改变运动状态。因此，在分析受力情况的过程中，不应只注意静态受力与运动状态，而忽视了结构的形变和破坏。
结构与力——构件的受力形式
小结
1. [2016.4浙江学考]如图所示为一款机械手。在力F作用下，拉杆通过连杆带动夹持手绕着销轴转动，将工件夹紧。连杆和夹持手的主要受力形式是(　　)
A．连杆受拉、夹持手受弯曲
B．连杆受压、夹持手受压
C．连杆受压、夹持手受弯曲
D．连杆受弯曲、夹持手受弯曲
C
动态结构解题技巧
动态结构解题技巧
2. [2020.7浙江]如图所示的压紧机构，在力F的作用下，驱动杆通过连杆1、摆杆、连杆2带动压杆向下运动，将工件压紧。压紧时，连杆1和连杆2与摆杆垂直，且连杆2与压杆在同一直线上，此时连杆1、摆杆、连杆2、压杆的主要受力形式是(　　)
A．连杆1受拉、摆杆受扭转、连杆2受压、压杆受压和受弯曲
B．连杆1受压、摆杆受弯曲、连杆2受压、压杆受压和受弯曲
C．连杆1受压、摆杆受扭转、连杆2受拉、压杆受压
D．连杆1受压、摆杆受弯曲、连杆2受压、压杆受压
D
动态结构解题技巧
如果摆杆与连杆1改为刚连接（焊接），那么连杆1的受力形式主要是受弯曲。
动态结构解题技巧
谢谢!

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