稳固结构的探析

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三、探究试验：
1、探究活动一： 金属构件和塑料构 件的组合体 重心位置的高 结论1： 低对结构的稳 定性有影响
重心
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2、探究活动二： 人字梯的使用
结论2：结 构的形状 影响结构 的稳定性
鸟巢外观结构图：
钢性大桥的结构性状
3、探究活动三： 桌子的稳定性一 组试验
结论3：结 构与地面接 触所形成的 支撑面的大 小影响结构 的稳定性
使用的材料
铰连接
构件之间的连接方式
刚连接
实践 活动
实践活动
实践活动
茅草房框架的搭建流程
立柱 搭梁 搭椽子 搭檩条
思考与讨论：
为什么矿泉 水瓶表面上 有若干凸起 的横向纹路， 它的作用是 什么?
•结构与功能:
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 着直接的影响，结构的改变可能导 致功能的变化。
• 什么是结构的强度？
结构的强度：结构具有的抵抗被外力破坏的能力。
抗压强度、抗拉强度、抗弯强度……
强度与稳定性的联系与区别：
稳定性是研究物体的保持平衡状态 的能力，强度是研究不被外力破坏的能 力。
• 应力和强度的关系：
用应力来衡量强度
σ =F/s
F ——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。 S ——受力面积 σ ——应力
1、倒置的啤酒瓶可以预报地震。 2、在打水的桶口扣一重物，在 井里能自动翻倒打水
探究
静止停放的自行车要有三个支撑 点才能稳定，而不会倒下；但是， 自行车在骑起来时，却只有两个支 撑点，为什么却不会倒下？
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。
结构与功能：
结构改变
功能改变
小结
一、结构的稳定性 影响结构稳定性的三个因素：重心位置、 支撑面积的大小和结构的形状 二、结构的强度 影响结构强度的三因素：结构的形状、结 构的材料与连接 三、结构与功能
• 设计分析题： • 1. 高二（1）班李明同学在教室 里布置了一些花草，他把直杆AB的 一端固定在墙上将吊兰挂起来，如右 图所示。 （1）结构受力的五种基本形式有弯曲 力、扭转力、压力、拉力和剪切力。 请说出AB杆的主要受力形式。 • 答案：AB杆主要受力形式是弯曲力和拉力。
稳固结构的探究
技 术 与 设 计 2
各种各样的结构

埃菲尔铁塔
技 术 与 设 计 2
2010年8月7日甘肃舟曲县发生灾难性泥石流
不堪重负的拖拉机在转弯处翻到
技 术 与 设 计 2
一、结构的稳定性：
1、定义：结构 在负载的作用下 维持其原有平衡 状态的能力。
2、意义：结构的 重要性质之一。如 果一个结构不能有 效的抵御常见的外 力的作用，那么该 结构是很难承受负 载而保持原有的平 衡状态，最终导致 结构遭受破坏。
不同形状的结构在生活中的应用
蜂窝构造的应用
塑性材料，防 挤压、冲撞， 做包装填充物。
筑一防具大能上应 装种震有、力，用 饰优、良板，具于 材良防好面而有高 料的火的平且高层 节作隔整质强建 能用音度轻的筑 环，、好，抗的 保实隔，刚挠外 建为热更度曲墙 、
工字形截面
圆形截面：
应用……
铰连接
（2）简述这个结构存在的缺陷。
缺陷是：AB杆容易弯曲变形。
（3）在不改变杆的固定点A和悬挂点B的前提下， 你对这个结构有什么改进建议？请用一句话说 明并在原图上直接标注。
建议：要使横杆AB稳定，必须用绳CB或撑 杆DB拉紧、固定或用绳CB和撑杆DB同时拉紧、 固定。（见下图）
C A B 方案1： 方案2： A B C 方案3： A
探究 活动
探究二
不同截面形状的构件 做成的梁的抗弯强度
探究三 采用不同连接方式的构架的抗压强度
小实验：
• 测试用不同截面形状的构件做成 的悬梁的强度
在所有构件梁中，一 字形的强度是最弱的； U形梁的强度最大； L形梁的强度介于中 间。
结构的形状：
• 外部形状：三角形、拱形等；
• 截面形状：工字形、十字形、长方 形、L形、圆形、U形。
提示：注意接触面与支撑面的区分。
结构的接触面
结构的支撑 面
图1
图2
问题：你是如何理解 支撑面和接触面的呢？请 你说说图1~3中那个椅子 最稳定？对支撑面而言， 说说在图1~3中那个最大 那个最小？
图3
返回
为什么大坝的横截面总是建成梯形？
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， 要起到防洪的作用，大坝必须要求非常 稳固。大坝建成梯形，增大了与地面接 触所形成的支撑面，支撑面越大越坚实， 稳定性就越好。
B
D
D
例3 ．如图所示是某厂家生产的塑料凳，很多客户反 映凳脚强度不足，容易变形或断裂。针对这个问题， 请根据所学的结构方面知识，就提高凳脚强度给厂家 提三点合理的建议。6分 参考答案与评分标准： 1、改变凳脚截面形状。 （或将截面形状增加凹槽凸起） 2、改变凳脚所用材料。 （或采用强度更高的塑料） 3、增加凳脚用料。 （或提高凳脚的厚度） 4、在相邻凳脚间增加横档。 （或斜撑）
（3）．比较左图中同一结构的几种连接方式,请预言 哪种连接方式的强度更好。 左边的榫卯连接的强度最大，上下、左右、前 后各方向都被牢牢固定住，所以强度最大。中间 的连接方式强度最小，钉子是从侧面钉进去的， 中间的横梁不能承受较重物体的压力，所以强度 最小。
影响结构强度的几个主要因素
结构的形状
结构外部形状 结构的构件截面形状
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二、奇特结构欣赏：
不倒翁是一种形状 像人而在造形和重 量上制成一经触动 就摇摆然后恢复直 立状态的玩具，具 有很强的稳定性。
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它是意大利比萨城 大教堂的独立式钟 楼，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 1．25毫米的速度向 南倾斜，但至今仍 然斜而不倒。
4、探究活动四： 砝码位置与稳定 性的关系
结论4：对于一 个结构而言， 如果重心所在 的垂线落在结 构底面范围内， 就是稳定的。
结 构 稳 定 的 基 本 条 件
重心所在点的垂线落在结构底面的范围内
试验总结： 结构稳定性的基本 条件： 重心所在点的 垂线落在结构 底面的范围内
影响结构稳定性的主 要因素：
•
应力是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。
三角形形状
三角形是框架结构中最基本的形状之一,它结实、 稳定、所用材料最少。
结构强度与什么因素有关？
探究一： 宽度厚度相同的纸条与钢条的抗 弯 或抗扭强度一样吗？ 结论1：结构的强度与材料有关。
混泥土擅长抗压力，而钢筋擅长抗拉力
连接方式
刚连接
• 铰连接
• 刚连接
马上行动
（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? 可用直角铁片固定在连接处的背面。 （2）．在自行车各部件之间的连接中,三角架属于 刚连接； 铰连接 _________ 连接；刹车连杆之间属于_________ 连接； 铰连接。 辐条与钢圈之间属于_______________ 连接。
一、结构的重心位置的 高低（低稳） 二、结构本身的形状 （三角形） 三、结构与接触面接 触形成的支持面得大 小（大稳）
分析不同垒法的墙的稳定性，当施加同样的 力时，哪种垒法的墙不容易倾倒？你认为最好的 垒法是什么？
讨论与分析： 我们在设计中尽可能的增加结构 的稳定性，那么凡是不稳定的结构设 计都应该放弃吗？