结构及其设计;1受力分析【必修技术与设计2第2~11页指导意见第47~54页】
1.感知丰富的结构
(1)结构是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列,材料经过合理搭配形成了各种不同的结构。
(2)通过对自然界中结构的分析和研究,人们将研究成果应用到技术领域,更好地服务于人类。在技术领域,产品的结构丰富多彩。结构在社会领域普遍存在,合理的结构是事物存在的基础。
;2.认识结构的受力
(1)从力学角度分析,结构是指可承受一定力的架构形态。
(2)一个较复杂的结构由许多不同的构件组成,根据构件的受力和变形的形式,可以将构件的受力与变形分为五种基本形式:受拉、受压、受剪切、受弯曲、受扭转。
;(3)受力和变形形式
;(4)常见构件的受力情况:支撑柱一般受压;转轴一般受剪切,处于转动状态时一般受扭转,当转轴与两端距离较远时一般受弯曲;钳住物体,物体受压;剪物体,物体受剪切。机械装置的受力分析,需要从施力点开始分析,中间利用二力杆简化分析过程。二力杆的简单理解:杆件有两个连接处,且两个连接处都是铰连接,这样的杆件是二力杆,将受弯曲转化为受压或受拉。
;3.辨析结构的类型
结构的基本类型有实体结构、框架结构、壳体结构等,在生产和生活中,很多物体的结构是由两种或两种以上的基本结构类型组合而成的。
(1)实体结构:结构体本身是实心的,外力分布在整个体积中。
(2)框架结构:由细长的构件组成,其构件的几何特征是横截面尺寸比长度小得多,既可以承受纵向荷载,也可以承受横向荷载。
(3)壳体结构:层状的结构,其几何特征是厚度比长度和宽度小得多,外力作用在结构体的表面。;2稳固探析【必修技术与设计2第13~21页指导意见第47~54页】
1.探析结构稳定性
(1)结构的稳定性是指结构在荷载的作用下维持其原有平衡状态的能力,它是结构的重要性质之一。
(2)影响结构稳定性的因素主要有:结构重心位置的高低、结构与地面接触所形成的支撑面大小、结构的形状。
①重心位置的高低:重心位置越低,稳定性越好。
②结构与地面接触所形成的支撑面越大,结构越稳定。;③结构的形状不同,其稳定性不同,三角形构成稳定的几何结构。
(3)对于一个处于静止状态的结构而言,如果重心的垂足落在结构的支撑面内,则结构处于稳定状态。
2.探析结构强度
(1)结构的强度是指结构具有的抵抗被外力破坏的能力,结构抵抗荷载的能力用强度来表示。内部各质点之间产生一种抵抗外力与形变的力,称为内力。
(2)构件单位横截面积上所产生的内力就是应力,可用如下关系式表示:;σ=,其中,FN为内力,A为受力面积,σ为应力。应力可以作为表示结构构件强度的基本指标。
(3)结构的强度与结构的形状、结构的材料、结构的连接方式等因素有密切的关系。
①结构的形状:三角形是框架结构中最基本的形状之一,它结实、不易变形,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,可大大增加其牢固程度。不同横截面形状的构件所能承受力的程度是不一样的。;②结构的材料:不同材料构成的结构,其强度各不相同;不同的材料可能带来结构上的变化。
混凝土擅长_抗压力;钢筋擅长_抗拉力。桥梁受力分析:桥梁整体受弯曲,上表面受压,下表面受拉,上表面适合放少(细)钢筋,下表面适合放多(粗)钢筋。
;注意:其他结构分析方法相同,利用弯曲状态,判断哪一面受压,哪一面受拉。
③结构的连接方式:结构的连接方式直接影响结构的强度,不同的连接方式、结构形式适用于不同强度要求的场合。若按构件之间能否转动来分类,可分为铰连接和刚连接。;
(4)在机械工程领域,连接分为动连接和静连接。
①动连接是机器工作时,被连接的零(部)件间可以有相对运动的连接,如滑块与导轨的连接。;②静连接是机器工作时,被连接的零(部)件间不允许产生相对运动的连接。
(5)在机械工程领域,连接根据其可拆性又分为可拆连接和不可拆连接。
①可拆连接是不需要毁坏连接中的任一零件就可拆开的连接,如螺纹连接、键连接。
②不可拆连接是至少要毁坏连接中的某一部分才能拆开的连接,如铆钉连接、焊接。;3结构综合【必修技术与设计2第23~29页指导意见第47~54页】
1.感悟结构与功能的关系
(1)结构对事物的功能和作用产生着直接影响,事物的结构决定了其功能。设计中,往往通过改变结构实现不同的功能。
(2)结构与功能的关系还需要考虑使用的环境、时间等因素。结构在规定的使用期限内和规定的条件下,完成预定功能的能力,称为可靠性。可靠性是安全性、适用性和耐久性的总称。;(3)安全性指结构在正常使用时能承受可能出现的各种荷载;适用性指结构在正常使用时具有良好的工作性能;耐久性指结构在规定环境条件下和预定的设计使用年限内,能保持结构正常使用。
2.欣赏经典结构的案例
赏析