壳体受力研究报告

壳体受力研究报告

目前世界上有很多薄壳建筑，比较著名的有人民大会堂、北京火车站、悉尼歌剧院、巴黎工业展览馆等。但是薄壳建筑运用什么原理呢？

薄壳就是利用了壳结龟构原理，由于这种结构的拱形曲面可以抵消外力的作用，结构更加坚固。龟壳的背甲呈拱形，跨度大，包括许多力学原理。虽然它只有2 mm的厚度，但使用铁锤敲砸也很难破坏它。建筑学家模仿它进行了薄壳建筑设计。这类建筑有许多优点：用料少，跨度大，坚固耐用。薄壳建筑也并非都是拱形，举世闻名的悉尼歌剧院则像一组泊港的群帆。

一、壳体结构受力分析：

壳体结构：通常是指层状的结构。

壳体结构的受力特点：外力作用在结构体的表面上。（通过壳形来传递力和承受荷载，特别是当顶部受到压力时，它能将力均匀扩散）举例：头盔，汽车飞机外壳、饮水杯、文具盒、装甲车、油罐、鸡蛋、核桃、瓜子、西瓜、锅碗瓢盆……等。

做试验：①把3只瓶盖以三角形摆放在桌面上，将鸡蛋分别立于瓶盖上；②在鸡蛋上盖上另外的三只瓶盖，把硬纸板放在上面；③轻轻地将重物压在硬纸板上。

结论：易碎的鸡蛋承受住了重物的压力没有被压碎。

原理：鸡蛋是壳体结构，受到压力被均匀分散到蛋壳的表面。乌龟的外壳也属于壳体结构，它能承受较大的压力，保护身体不受损坏二、壳体结构在生活中的应用

现象一：建筑工人在进入工地时总是被要求戴上安全帽，通常被配备于施工或采矿时工人。用以防护头部，免受坠落的物件伤害。一般用柳条、藤芯或塑料制成。

原理：当作业人员头部受到坠落物的冲击时，利用安全帽帽壳、帽衬在瞬间先将冲击力分解到头盖骨的整个面积上，然后利用安全帽各部位缓冲结构的弹性变形、塑性变形和允许的结构破坏将大部分冲击力吸收，使最后作用到人员头部的冲击力降低到4900N以下，从而起到保护作业人员的头部的作用。安全帽的帽壳材料对安全帽整体抗击性能起重要的作用。

现象二：当出现交通事故时，摩托车手带上头盔可以有效避免外力对头骨的撞击。

原理：摩托车手头盔的某一部位受到一个大的撞击力，由于头盔的壳体结构，使得所受力迅速分布到其表面，形成整个头盔表面均匀受力，而不是某一点受很大的力，这样就起到了保护摩托车手安全的

目的。据测算：人的头部一般可以承受450公斤作用的冲击力。安全防护头盔的这几种功能可减少冲击力约1850公斤，因此实际作用于头部的冲击力只有400公斤左右。另外，安全头盔鲜明醒目的色彩，在会车或超车时，还能引起对方驾驶员的注意。可见安全头盔的作用是何等重要。

现象三：钢盔的由来，救命炒菜锅与现代军用钢盔的发明。

第一次世界大战期间，德法两国杀得难解难分。在争夺一战略要地时，有一次，德军突然向法军的一个阵地发动了猛烈进攻，顿时，法军阵地被炸得烟雾弥漫，弹片乱飞。在厨房值勤的一名士兵下意识的逃命念头使他于惊惶失措间将一个炒菜锅扣在头上。战争结束后，他成了这个阵地的惟一幸存者奇迹般地活了下来。后来，法国将军亚德里安来慰问伤员，听到这一消息后饶有兴趣。问他是怎样脱险的。他说这归功于炒菜的铁锅。将军拿起铁锅看了看，脑海里闪出了头盔的想法。为什么不能为每个士兵都配上这样一口“铁锅”呢？于是，法国工程师根据这位将军的指示，设计出了现代军用钢盔。

三、壳体结构的弱点

现象一：虽然用很大力气握不碎鸡蛋，但用两根手指捏鸡蛋鸡蛋会很容易就碎了。

原理一：鸡蛋的形状是椭圆形的，这种特殊的结构使它能把力量平均分散，用整个手掌捏时，由于手上的力量分散到整个鸡蛋的表面，压强很小，（压强与面积成反比）所以捏不碎。但如果同时两个手指捏鸡蛋，由于接触面小，压力集中在一个点上，鸡蛋自然容易碎。科学家根据并利用这个原理发明了隧道、拱桥、安全帽…….大大方便了人们的生活。

现象二：既然鸡蛋壳这么坚硬，小鸡是怎么从里面出来的呢？

原理二：构成蛋壳的物质和组成水泥、砖块的物质相似。它们都具有很好的抗压性，即能承受很大的压力，但抗拉性却较差，即经不起较大的拉力。对此可以做一个简单的实验来加以证明。取半个鸡蛋壳，先让它凸面朝上放在桌子上。取一支削得不太尖的铅笔，在离凸面顶部 15 厘米高处垂直落下，撞在蛋壳顶部，结果蛋壳毫无被损。然后把蛋壳翻过来，使凹面朝上，放在一只玻璃瓶的瓶口上。仍用刚才用过的那支铅笔，让它在距蛋壳底部约 10 厘米高处垂直落下，结果蛋壳被笔尖戳穿了。究其原因，是由于蛋壳的外形弯曲均匀而且对称，能使蛋壳在某一部分受到的压力均匀地传给其余各部分，并且巧妙地相互“抵消”。但是，当这个压力是从蛋壳内侧向外施加时，蛋壳各部分所受到的便是拉力了，所以就容易破碎。

综上所述，壳体具有很好的抗压性，即能承受很大的压力，但是抗拉性却较差，即经不起较大的拉力。

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胡琦璇

07102913

环境10-1班