通用技术结构与设计 PPT

• 结构Байду номын сангаас本质：结构是为了承受力和抵抗变形。
贵州一在建大桥坍塌 河北沧州一大桥坍塌造成3人死亡3人伤
• 在我们这个课里，不去讨论广义的结构。 而只限定在“工程结构”的范围内。
• 什么是工程结构？
• 工程结构是指能承受和传递外加荷载的承 力系统，包括杆、板、壳等构件及其组合 体。也就是说，工程结构可以是单个的构 件，如一根杆、一块板、一条绳，也可以 是一个由不同构件组合起来的组合体。如 一座桥、一张桌子、一架飞机等，它们都 可以叫做工程结构。常常简称为结构。
• 那么，什么是结构呢？结构与设计具有什 么关系呢？
• 第一节 初识结构
• 一、结构的涵义
• “结构”一词，对同学们来说可能并不陌 生。请同学们想一想，在学习其它课程中， 有哪些课程提到过“结构”？
• 在生物课中提到过：人体的结构；在政治 课里有社会结构；在化学和物理中，有物 质结构、分子结构、原子结构；在语文课 里接触过：文章的结构；在地理课中有地 质结构 等
• 答：一根筷子的截面积小，所受应力 就大；多根筷子一起，截面积变大了， 所受应力就小了
• 三、影响结构强度的因素 • 1、形状：构成的形状略有改变，强度就会
改变。
• 2、材料：不同的材料有承受不同应力极限 的能力。
• 3、材料的连接方式：不同的连接方式，受 力传递方式和效果不一样。
• 四、稳定性的概念 • 1、摆的平衡与稳定
储油罐
水杯
飞船
枭龙战机
宋级常规潜艇
• 思考：
• 1、摩托车头盔，常见的都是圆弧形结构， 为什么这样做呢？
• 当这种头盔受到外力冲击时，外力将由弧面整体分担承受， 抵抗变形。如果将头盔做成长方形体或多面形体时，外力 将主要由接触点所在的小平面承受，易使壳体变形。
• 2、联系生活，还有那些圆弧形、多面体形 壳体结构的实例？
• 恒载（永久性荷载）：指作用在结构上长期不变 的荷载，如结构自重等。
• 活载（可变性荷载）：指作用在结构上可变的荷 载，如风载、雪载等。
• 偶然荷载：指出现概率很小，一旦出现量值很大 且持续时间很短的荷载，如爆炸力、龙卷风等。
• 2、立柱的受力
p1
p2
• 3、梁的受力
荷载
中性层
压力
张力
• 4、拱结构的应用
• 结构是指物体的各组成部分之间的搭配、 排列及其相互关系。结构的各组成部分， 通常称为构件。 物体的主体框架与构造形 式，称为架构。
• ——同样的三根棍，首尾相连，就成了武术器械“三节 棍”，如将三根棍的一端连在一起就变成了可用来照相和 测量的“三角架”。
• 从以上事例，我们看到结构是如何的重要，结构决定了物 体的性质和形态，结构不合理，就会产生严重的后果。
通用技术结构与设计
第一章 结构与设计
故宫
白金汉宫
克里姆林宫
布达拉宫
长城 埃 菲 尔 铁 塔
卢 浮 宫
赵州桥
• 看了以上精妙绝伦的建筑，我们不禁为设 计师们精彩的设计艺术而感叹！
• 大家也注意到这些建筑使用的材料没什么 特殊，却千姿百态，风格迥异，它们在设 计上有什么不同？
• 主要是结构不同。
• 第三节 结构的强度与稳定性 • 一、简易技术试验 • 内力如何抵抗外力图示
弯 曲 力
内 力 抵 抗 弯 曲 力
• 外力使构件发生变形的同时，构件 内部分子之间随之产生一种抵抗变 形的抵抗力，称为内力 。
• 内力，就是用来抵抗外力与变形， 并力图使变形部分复原的力。
• 二、应力与强度 • 应力：作用在单位面积上的内力。
• 二 常见结构的类型
• 1、根据力学的架构与形态的不同，分为： • （1）实心结构：这类结构的特征是几何外形
简单，通常有杆（柱）、板、体等之分。
• 特点:能承受较大的压力。
• 实例：房屋的墙体、水库的大坝、古代的 城墙等。
城墙
金
字 塔
三峡大坝
• （2）框架结构：其特征是几何外形较为复杂，
能承受垂直和水平荷载，依据功能和使用条件的 不同，可以设置成不同框架的组合。框架结构通 常由杆件组成，也有用板件组成的。这里的杆或 板，可以是实心的，也可以用管材。
• 特点：制作方便，节省用料。
• 实例：门、窗、塑料大棚的棚体、自行车 车体、输电铁塔、转台等。
框 架 结 构 厂
框 架 结 构
房
简易衣橱
南京长江大桥
• （3）壳体结构
• 特征：壳体内空，受力合理，形态稳定。 壳的几何形状有折线形的、圆弧形的和拱 形的等。
• 实例：储油罐，水壶、水杯、火箭、飞船、 装甲车等。
• 工程结构的主要功能就是承受和传递各种 形式的外载，保证结构的可靠工作。如 ：
• ——秋千的吊索，主要承受拉力； • ——桥梁的桥墩，主要承受压力； • ——连接齿轮和轴的键，主要承受剪力； • ——汽车方向盘的轴，主要承受扭力； • ——单杠的杠体（上面的横杠），主要承
受弯力。
• 为了保证结构的正常工作，这些构件必须 有对于主要载荷的足够的承载能力。这是 结构设计中必须考虑的重要问题。
• 自然界中的椰子、桂圆、西瓜、贝类、蛋、龟等，都属于 壳体结构。它们以较薄的外壳，获得了较大的承受外力的 卓越性能。
• 第二节 典型结构案例分析 • 一、单杠结构分析 • 1、单杠的结构
杠体、立柱、拉杆
• 2、杠体的受力与变形 • 3、立柱、拉杆的受力与变形
• 二、棚室屋架结构分析
• 1、棚室的荷载
不倒翁
稳定指的不是状态的绝对不变，而是指受扰后，允许 状态有所波动，但当扰动消失后，能重新返回到原平衡状 态，则为稳定，不能回到原有平衡状态，为不稳定。
• 2、由容许应力计算出最大内力， 如果外力比最大内力还要大，则结 构会被破坏。
一根筷子和一把筷子的故事
• 古代有几兄弟经常打架，父亲就给他 们现身说法：一根筷子容易被人折断， 两根筷子还是容易折断，三根筷子有 点难……十根筷子就折不断了。从此， 几兄弟便团结起来。
• 试解释，为何一根筷子容易断，多根 筷子不易断？
δ＝ N S
• 应力有一个最大值，称为容许应力。对应最 大内力。
• 当外力大于内力的最大值，或者结构受到的 应力大于容许应力时，结构就会被破坏。
• 结构的最大内力越大，要破坏它所 需的外力也就越大，也可以说，它 的强度越大。
• 强度可以通过应力来衡量。
• 如何判断外力能否破坏结构
• 1、假设内力等于外力，计算出应 力，与容许应力比较，如果大于容 许应力，结构会被破坏。