第七届全国大学生结构设计竞赛三等奖作品 (2)

第七届全国大学生结构设计竞赛

设计说明书

目录

一、设计说明 (2)

1.1概述 (2)

1.2材料性能分析 (2)

1.2.1竹材 (2)

1.2.2胶水 (3)

1.2.3热熔胶 (3)

1.3结构选型 (3)

1.4模型效果图 (5)

二、结构计算 (6)

2.1手工计算 (6)

2.1.1静载计算 (6)

2.1.2动载计算 (8)

2.2结构力学求解器 (10)

2.2.1静载计算 (10)

2.2.2动载计算 (11)

三、手工工艺 (13)

3.1杆件的制作 (13)

3.2节点的制作 (14)

一设计说明

1.1概述

第七届全国大学生结构设计竞赛要求参赛队设计并制作一双竹结构高跷模型，并进行加载测试。

采用逆推法进行分析，从加载方式入手。模型的加载分为静加载和动加载两部分，静加载的荷载值为参赛选手的总重量，以模型荷重比来体现模型结构的合理性和材料利用效率；动加载通过参赛选手进行绕标竞速来判断模型的承载能力。从中得出几个关键点，想要取得好成绩，制作的作品一定要“轻”、“稳”、“快”。以“稳”为主，保证做出的模型结构稳定，在大方向上不要出错。其次，结合人体的运动方式，使制作的模型走起来尽可能的“快”。最后，通过反复的实验、理论计算，对模型进行减重。

对于模型制作过程，需要重点注意一下几点：

1、制作完成后的高跷结构模型外围长度为400mm±5mm，宽度为150mm±5mm，高度为265mm±5mm，模型底面尺寸不得超过200mm×150mm的矩形平面。

2、踏板只通过A、B、C三根木条传力。

3、材料的性能，包括竹皮、胶水、踏板等。

4、模型底面是否能承受运动时的冲击力。

1.2材料性能分析

1.2.1竹材

本次大赛中使用的竹材均为复压竹皮，有三种规格：

1250*430*0.50mm、1250*430*0.35mm和1250*430*0.20mm，竹材有顺纹和横纹，顺纹强度非常高，弹性模量1.0×104MPa，抗拉强度60MPa。横纹方向容易发生断裂，所以需要选择顺纹做杆件。通过计算和反复试验，才决定用0.50mm的竹皮做主体承重结构，用其余两类做附属结构。

1.2.2胶水

根据赛题规定，502胶水作为本次大赛主体结构的粘贴，涂胶的质量直接影响整个结构的性能，涂胶时应尽量少量、均匀。502胶水腐蚀性较强，在使用时应非常小心，且挥发时间快，涂胶之后应马上粘贴，否则粘贴强度受到很大影响。

1.2.3热熔胶

热熔胶用于踏板和模型、鞋底与踏板之间的固定，根据赛题要求，热熔胶处断裂算作失败，所以热熔胶的固定至关重要。所以热熔胶的用量尽量多一些，封闭性要做好。

1.3结构选型

结构在测试的第一阶段主要承受来自参赛者体重的竖向静载荷。第二阶段对结构的要求比较高，结构要承受参赛者行走的冲击动载荷，地面对结构的摩擦力，参赛者转弯时的离心力等。参赛者在行走过程中，前脚掌的作用主要是发力蹬地，后脚掌作用会随脚掌着地承受冲击和压力。由此决定“删繁就简，直来直去”，使结构在各个方向具有一定的强度，以抵抗动载部分复杂多变的外界荷载。

首先选择杆件的截面形状，圆形或者方形。圆形抗压性能比方形