第一章 结构与设计第三课时 结构强度的分析

第一章结构与设计第三课时结构强

度的分析

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m第一章

结构与设计

第三课时结构强度的分析

【学习目标】

1、了解内力和应力的概念，知道内力和应力的关系。

2、了解结构强度的概念，理解影响结构强度的因素

【课程导入】

我们通过前边的学习，了解到结构的本质就是为了承受力和抵抗形变，从本节课开始我们就来了解一下结构的两个力学性质——强度和稳定性。

【学习过程】

根据你的生活经验填写下表：

事件

结果

原因

分别在一根竹竿和一根同样尺寸的脆性塑料杆上不断加挂

相同质量的重物

竹竿比脆性塑料杆能挂更多的重物而不会断裂

不同材料的抗拉性能不同

沿着垂直于重心线的方向撞击一根完整的钢管与用同样的方法撞击一根中间有焊接缝的钢管

中间有焊接缝的钢管受到撞击时容易损坏

因为有连接点

一、关于结构强度的概念

内力：

应力：

。

公式：

请计算P26页两处的内力

拓展提高

你怎样看待俗语“一根筷子比一把筷子易断”。

强度：

。

二、影响结构强度的主要因素

案例分析：吊兰支撑使用的三角形支架结构，而不使用由一根直杆挑起的结构。从材料方面考虑，吊兰的三角形支架使用的是钢管而不是木条或塑料，钢管抗拉力性能好。从连接方式考虑，吊兰的三角形支架的构件是焊接而不是捆缚，这种连接方式更牢固。

总结出影响结构强度的几个主要因素

（1）结构的形状:

（2）使用的材料

（3）构件之间的连接方式

结构的形状:

①三角形形状。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。在长方形或六边形的框架中间，加上支撑构件，构成三角形，就可以大大增加它的牢固程度。

展示幻灯片，通过钻石的例子进行分析。金刚石分子为四面体，每个四面体有四个角、四个面，且每个面为三角形。

钻石的结构（难以置信的强度）

②横截面形状：具有相同截面积，但不同截面形状的同种材料的坚固性就不同。利用图片介绍同种材料、相同横截面积、不同截面形状的构件的强度排列顺序。（经理论证明和实践验证，在横截面面积相同的情况下，采用“工字梁”是合理的，而采用圆形截面就不合理。这是因为工字梁的面积集中在应力最大的地方，而圆形则相反。但有时为了制造和使用的问题，圆形截面的梁还是要采用的。如一些承受弯曲的轴，就得用圆形截面。）

③强调学生注意结构对强度的影响有两点，一是结构的外部形状，二是结构的构件截面形状，结构的外形相同，构件的截面不同，其强度不一样。

小实验：P019

（2）因素2：使用的材料

①展示幻灯片图片，从纸杯到塑料杯到无锈钢杯，说明强度和材料有关。

②介绍混凝土材料。从应用广泛的钢筋和混凝土到工程人员新发明的纤维混凝土、聚合物混凝土、轻质混凝土等，一系列新型高强度混凝土。（例如，混凝土抗压性能较好，而抗拉能力就比钢筋要小得多。因此在制造时可在梁的受拉区放置钢筋，组成钢筋混凝土梁，在这种梁中，钢筋受拉，混凝土受压，它们合理组成一个整体，共同承担载荷的作用。）

（3）因素3：构件之间的连接方式：

①构件连接的类别：

结构的连接是指通过一定的连接物将构件组成整体结构。铰连接：被连接的构件在连接处不能相对移动，但可相对转动。（图片举例）具体有松螺栓、松铆等。

刚连接：被连接的构件在连接处既不能相对移动，也不能相对转动。（图片举例）具体有榫接、胶接、焊接等。

②提出：结点是从连接的效果来划分。一个结点可以有多种连接方式。不同的材料有不同的连接方式；构件的连接方式

不同，结构的强度也不同。

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_______________连接；刹车连杆之间属于_______________连接；辐条与钢圈之间属于_______________连

接。

三角架属于刚连接；刹车连杆之间属于铰连接；辐条于钢圈之间属于铰连接。

（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。

连接方式：一体式（榫接、铆接、焊接等等）、挤压式（螺丝、轮胎与车圈等）、接插式（插头）、绞连接（轮子、轴承、风扇、人体四肢与躯干等等）、刚连接（建筑物的各个部分

之间等等）。

影响因素：

形状：A字型梯、三脚架

底面积：大坝、各种塔

重心位置：不倒翁、落地扇、比萨斜塔不倒之迷等等。【巩固性检测】

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