1.1常见结构的认识

• 物理学与通用技术研究力的角度不 物理学与通用技术研究力的角度不 物理学往往研究外力,把物体当 同,物理学往往研究外力 把物体当 物理学往往研究外力 质点,哪怕是地球 哪怕是地球,在研究它绕太阳 质点 哪怕是地球 在研究它绕太阳 转动时,仍把它当作质点 仍把它当作质点。 转动时 仍把它当作质点。 • 而技术学则关注一个物体内部受力 技术学则关注一个物体 则关注一个物体内部受力 情况。 情况。
阅读案例：魁北克大桥的坍塌。 分析大桥坍塌的原因是什么？ 设计师擅自改变桥的结构。 为什么改变桥的结构会造成塌陷呢？ 因为，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。
结构与力
• 从力学角度来说 结构是指可承受一定 从力学角度来说, 结构是指可承受一定 架构形态, 力的架构形态 力的架构形态 它可以抵抗能引起形状 和大小改变的力。 和大小改变的力。 • 每个物体都有它的特定的架构形态，这 每个物体都有它的特定的架构形态 架构形态， 种架构形态体现着它的结构。 种架构形态体现着它的结构。 • 一个较复杂的结构由许多不同的部分组 构件。（ 这些组成部分通常成为构件。（例 成，这些组成部分通常成为构件。（例 自行车的车轮有辐条、轮胎、车圈、 如：自行车的车轮有辐条、轮胎、车圈、 气门等构件组成。） 气门等构件组成。）
2.2 基本受力形式
工程中，构件的受力情况是比较复杂的， 工程中，构件的受力情况是比较复杂的，为 了便于设计和计算， 了便于设计和计算，一般将构件的受力形式 简化成以下五种： 简化成以下五种： 拉力、压力、剪切力、弯曲力、扭转力。 拉力、压力、剪切力、弯曲力、扭转力。
拉力
受力特点：物体所承受拉拽力 受力特点：物体所承受拉拽力
压力
受力特点： 受力特点：挤压物体的力
剪切力
受力特点： 大小相等,方 受力特点：两个距离很近 ,大小相等 方 大小相等 向相反,且作用于同一物体上的平行力 向相反 且作用于同一物体上的平行力
弯曲力
受力特点： 使它产生弯曲 受力特点：作用于物体 ,使它产生弯曲 使它产生 的力
扭转力
受力特点： 受力特点：反方向向物体两端均匀施力 , 使物体发生扭转形变 扭转形变的力 使物体发生扭转形变的力
中国的大飞机在研制中
鹰眼
与导弹跟踪系统
结构如： 1、自然界中物体的结构 自然界中物体的结构：鸟巢、蜂 自然界中物体的结构 窝、蜘蛛网、大树、动物的身体与器 官等； 2、生活中的飞机、汽车、楼房、桥 梁等 →人类创造物体的结构 人类创造物体的结构 3、抽象的结构如语文科的小说、诗 词等，人员结构、计算机方面的数据 结构等…… →社会领域中的结构 社会领域中的结构
• 实体结构：结构体本身是实心 受力特点：外力分布在整个体积中（实心墙、 受力特点：外力分布在整个体积中（实心墙、 大坝） 大坝）
• 框架结构：细长的构件 框架结构： 受力特点： 受力特点：支撑空间而不充满 空间 框架结构是由杆件或板件连接 而成的，构件可以是空心， 而成的，构件可以是空心，也可以 是实心；可以是平面框架， 是实心；可以是平面框架，也可以 是空间框架。由于这种结构用料少， 是空间框架。由于这种结构用料少， 可以承受多种载荷， 可以承受多种载荷，因此用得很广 泛。 案例分析 ： 大连电视塔
吊兰的支撑架 桥墩
側压力 支撑力
大坝 两端被托起的梁
观察右下图,说明石磨的推杆为什么要用一根绳 观察右下图 说明石磨的推杆为什么要用一根绳 子吊起来。石磨在推动过程中， 子吊起来。石磨在推动过程中，绳子在空间的 轨迹是一个什么图形？ 轨迹是一个什么图形？
一：保持人在推磨时推杆 平行于地面的平面 始终在平行 始终在平行于地面的平面 上运动， 上运动，改变了人推磨时 的用力方向， 的用力方向，只需前推与 后拉，使推磨更轻松。 后拉，使推磨更轻松。 二：防止推杆弯曲变形， 防止推杆弯曲变形， 可以承受一些推杆的重力。 可以承受一些推杆的重力。
拉力 压力 剪切力 扭转力 弯曲力
物体所承受的拉拽力 挤压物体的力 两个距离很近 ,大小相等 方向相反 且作用 大小相等,方向相反 大小相等 方向相反,且作用 于同一物体上的平行力 反方向向物体两端均匀施力 ,使物体发生 使物体发生 扭转形变的力 作用于物体 ,使它产生弯曲的力 使它产生弯曲的力
1、分析受力的形式 、 拉力 压力
P10案例分析 案例分析
埃菲尔铁塔是现代巴黎的标志,是 埃菲尔铁塔是现代巴黎的标志 是 一座于1889年建成位于法国巴黎 一座于 年建成位于法国巴黎 战神广场上的露空结构铁塔，高 战神广场上的露空结构铁塔， 320米。埃菲尔铁塔得名于它的设 米 计师桥梁工程师居斯塔夫埃菲尔。 计师桥梁工程师居斯塔夫埃菲尔。 铁塔设计离奇独特，是世界建筑 铁塔设计离奇独特， 史上的技术杰作，因而成为法国 史上的技术杰作， 和巴黎的一个重要景点和突出标 志。埃菲尔铁塔分为三层，从塔 埃菲尔铁塔分为三层， 座到塔顶共有1711级阶梯，分别 级阶梯， 座到塔顶共有 级阶梯 在离地面57米 米和276米处 在离地面 米、115米和 米和 米处 建有平台 整体是框架结构；地基、 整体是框架结构；地基、柱 子等是实体结构
3、小试验（1） ——比较不同形状的纸板承受压力的大小 1、哪种情况下纸板的抗压能 、 力最强？ 力最强？ 2、如果把纸板折成瓦楞状， 、如果把纸板折成瓦楞状， 试验结构会发生 纸张弯曲跨度小，抗压能力大。 纸张弯曲跨度小，抗压能力大。 瓦楞状纸的抗压能力更好。 瓦楞状纸的抗压能力更好。
三、结构的类型
蜂巢
蜂巢的结构精巧又美观 蜂巢由工蜂筑造 蜂巢的结构用材最少, 蜂巢的结构用材最少, 容积最大
蜂房是六角形的，0.073毫米的巢壁，蜂房微微 蜂房是六角形的，0.073毫米的巢壁， 毫米的巢壁 向内倾斜，排列成行，但彼此嵌合得天衣无缝， 向内倾斜，排列成行，但彼此嵌合得天衣无缝，构 成一个整体，牢固无比。 40克的蜂房 克的蜂房， 成一个整体，牢固无比。重40克的蜂房，却能容纳 2000克蜜蜂 克蜜蜂。 2000克蜜蜂。
汽车的安全汽囊又是如何保护驾驶员的？ 汽车的安全汽囊又是如何保护驾驶员的？ 汽车的安全气囊是现代汽车上的高科技装置。 汽车的安全气囊是现代汽车上的高科技装置。 当汽车前端发生强烈的碰撞时， 当汽车前端发生强烈的碰撞时，安全气囊就 会瞬间从汽车方向盘内弹出来， 会瞬间从汽车方向盘内弹出来，垫在方向盘 与驾驶人之间， 与驾驶人之间，防止驾驶人的头部和胸部撞 击到方向盘或仪表板等硬物上。 击到方向盘或仪表板等硬物上。除了驾驶人 前的方向盘有安全囊外， 前的方向盘有安全囊外，有些汽车的前排也 安装了乘客用的安全气囊， 安装了乘客用的安全气囊，另外有些汽车还 在座位侧面靠门一侧安装了侧面安全气囊。 在座位侧面靠门一侧安装了侧面安全气囊。
视频比萨斜塔
• 世界上任何事物都存在结构 结构 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。 • 结构（structure)：是指事物的各 结构（ ： 个组成部分之间的有序搭配和排 列。
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 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 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 成果应用到技术领域 更好地 服务人类. 服务人类
• 当一个结构受到外力作用时 内部各 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, 质点之间的相互作用会发生改变 产 称为内力。 生一种抵抗的力 , 称为内力。 • 应力是构件的单位横截面上所产生的 内力。 内力。 • 当应力达到某一极限值时 结构就会 当应力达到某一极限值时, 遭到破坏。用公式表示应力为：σ 遭到破坏。用公式表示应力为： =F/s, 其中 ,F 是内力 ,S 是受力面积 , σ是应力。 是应力。 是应力
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受力情况： 受力情况：空间框架 铁塔架， 体。如铁塔架，脚手 建筑框架体。 架，建筑框架体。
大 连 电 视 塔 （框 架 结 构 ）
• 壳体结构：层状结构 壳体结构： 受力特点： 受力特点：外力作用在结构体 的表面上 壳体结构是用薄壁壳状构件来 替代空间框架而形成的一种空间结 构。由于它可以将作用在其上的集 中横向载荷分散为沿壳体的压力。 中横向载荷分散为沿壳体的压力。 因此在场馆建设中用得很多。 因此在场馆建设中用得很多。 案例分析：头盔， 案例分析：头盔，汽车外壳等
案例1 案例
应用
.用于不闻香臭、时流浊涕，鼻渊头痛，外感 风寒，恶寒无汗，风寒头痛。本品温和疏达，味辛 散风，苦燥湿浊，通窍止痛，常配伍辛夷、白芷、 薄荷同用，即苍耳子散。
案例2
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， 结构，飞机原型源于飞鸟形体结构 的仿生。 的仿生。
苍耳子与尼龙搭扣 鸟与飞机 鹰眼与导弹跟踪系统
苍耳子与尼龙搭扣
植物形态 一年生草本，三角状卵形，先端锐尖， 基部心形。边缘有缺刻或3～5浅裂，有不规则粗锯 齿，两面有粗毛；头状花序顶生或腋生，雌雄同株， 雄花序在上，球形，花冠筒状源自文库5齿裂；雌花序在下， 卵圆形，外面有钩刺和短毛。花期7～10月，果期 外面有钩刺和短毛。 外面有钩刺和短毛 8 11 8～11月。 生于荒地、山坡等干燥向阳处。分布于全国各地。
圣彼得大教堂
自行 车由 哪些 基本 结构 类型 组成
承重部分是框架结构、挡泥板是壳体结构、 承重部分是框架结构、挡泥板是壳体结构、脚踏 板与链轮之间是传动结构
三、结构的类型 结构的类型
类型 特点 受力特点
外力分布在整个体积中 实体结构 结构体是实心 主要承受压力
实例
实心墙 大坝
支撑空间而不充满空间 框架结构 结构体由细长的 即可以承受压力，又可以 铁架 即可以承受压力， 构件组成 承受拉力 外力作用在结构体表面上 头盔 当壳顶部受到压力时， 当壳顶部受到压力时，能 贝壳 将力均匀分散
壳体结构 结构体是层状
练习： 练习：分析物体结构的类型
物体结构 栅栏 圆形陶瓷装饰品 冰山 建筑的穹顶 钢化玻璃锅盖 竹排 汽车外壳 人的头盖骨 古罗马斗兽场 实体 框架 壳体 组合
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古罗马斗兽场
练习：
当出现交通事故时， 当出现交通事故时，摩托车手的头盔是如何避免外 力对头骨的撞击的？ 力对头骨的撞击的？ 当出现交通意外时， 当出现交通意外时，摩托车手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， 一个大的撞击力，由于头盔是壳体结构，在受撞击 时外力沿壳体分布出去， 时外力沿壳体分布出去，使得所受力迅速分布到头 盔表面，形成整个头盔表面均匀受力。 盔表面，形成整个头盔表面均匀受力。另外头盔内 部还有一柔性减震结构，它可以减弱头盔壳体上的 部还有一柔性减震结构， 力向人脑壳的传递， 力向人脑壳的传递，这样就起了保护摩托车手安全 的使用。 的使用。
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悉尼歌剧院（壳体结构） 悉尼歌剧院（壳体结构）
P9小实验（了解壳体结构的受力情况） 小实验（了解壳体结构的受力情况） 小实验
思考：为什么鸡蛋能够承受如此大的压力？ 思考：为什么鸡蛋能够承受如此大的压力？
因为鸡蛋独特的椭圆形造型， 因为鸡蛋独特的椭圆形造型，所以只要有重量压在 鸡蛋上面， 鸡蛋上面，鸡蛋所承受的重力便会向四周均匀散 让每个部位承受同样的重力。 开，让每个部位承受同样的重力。壳体结构具有十 分良好的承载性能， 分良好的承载性能，能以很小的厚度承受相当大的 荷载。外力作用于壳体结构时， 荷载。外力作用于壳体结构时，外力分布在整个表 并利用壳体结构几何形状（曲面）的合理性， 面，并利用壳体结构几何形状（曲面）的合理性， 以材料直接受压来代替弯曲内力， 以材料直接受压来代替弯曲内力，大大减小了弯 从而充分发挥材料的潜力。 矩，从而充分发挥材料的潜力。当石板的重力通过 木板、瓶盖传递到鸡蛋上时， 木板、瓶盖传递到鸡蛋上时，被均匀地分散到了蛋 壳的表面上，所以鸡蛋可以承受较大的压力。 壳的表面上，所以鸡蛋可以承受较大的压力。 乌龟的外壳属于壳体结构，它能承受较大的压力， 乌龟的外壳属于壳体结构，它能承受较大的压力， 保护身体不受损害。 保护身体不受损害。