第一单元-结构与设计新-PPT.ppt

自然界中普遍存在着各种各样的结构12一.无处不在的结构结构（structure)：是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列。世界上任何事物都存在结构,结构多种多样且决定着事物存在的性质。3 而这些形形色色的结构给了人们无限的创而这些形形色色的结构给了人们无限的创造灵感和启示造灵感和启示.苍耳苍耳子与子与尼龙尼龙搭扣搭扣4鹰眼鹰眼与导弹跟踪系统与导弹跟踪系统5蜂蜂 窝窝玻璃钢蜂窝蜂窝复合材料678大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点9大自然是最完美的设计师大自然是最完美的设计师10技术领域也存在各种结构技术领域也存在各种结构11为什么要研究结构？结构影响着它们的性质和功能，结构方面存在的一个小问题也许就结构影响着它们的性质和功能，结构方面存在的一个小问题也许就会导致重大事故的发生。因此，合理的结构是事物存在的基础，卓会导致重大事故的发生。因此，合理的结构是事物存在的基础，卓越的结构是设计者和制造者的重要追求。越的结构是设计者和制造者的重要追求。12 这座大桥本该是美国著名这座大桥本该是美国著名设计师特奥多罗设计师特奥多罗.库帕的一个真库帕的一个真正有价值的不朽杰作。库帕曾正有价值的不朽杰作。库帕曾称他的设计是称他的设计是“最佳、最省的最佳、最省的”。库帕自我陶醉于他的设计，库帕自我陶醉于他的设计，而忘乎所以地把大桥的长度由而忘乎所以地把大桥的长度由原来的原来的500500米加到米加到600600米，以成米，以成为当时世界上最长的桥。为当时世界上最长的桥。正当投资修建这座大桥的人士开始考虑如何为大桥剪彩时，正当投资修建这座大桥的人士开始考虑如何为大桥剪彩时，人们忽然听到一阵震耳欲聋的巨响人们忽然听到一阵震耳欲聋的巨响-大桥的整个金属结构垮了：大桥的整个金属结构垮了：1900019000吨钢材和吨钢材和8686名建桥工人落入水中，只有名建桥工人落入水中，只有1111人生还。人生还。由于库帕的过份自信而忽略了对桥梁重量的精确计算，导致由于库帕的过份自信而忽略了对桥梁重量的精确计算，导致了一场悲剧。了一场悲剧。阅读案例：阅读案例：魁北克大桥的坍塌魁北克大桥的坍塌 13重建重建新建新建新建与重建的魁北克大桥新建与重建的魁北克大桥14二二.结构与力结构与力从力学角度来说,结构是指可承受一定力的架构形态,它可以抵抗能引起形状和大小改变的力。当一个结构受到外力作用时,内部各质点之间的相互作用会发生改变,产生一种抵抗的力,称为内力。15一个火腿肠，如何从中间截为两段？一个火腿肠，如何从中间截为两段？用工具：（用工具：（1 1）刀切开）刀切开 （2 2）剪刀剪开）剪刀剪开空手：空手：（3 3）掰弯）掰弯 （4 4）扭断）扭断 （5 5）拉断）拉断16物体的受力形式物体的受力形式分为受拉、受压、受剪受拉、受压、受剪切、受弯曲、受扭转切、受弯曲、受扭转这五种基本形式17根据构件的受力和变形的形式根据构件的受力和变形的形式，我们可以将构件分为受拉、受受拉、受压、受剪切、受弯曲、受扭转压、受剪切、受弯曲、受扭转这五种基本形式。18提问提问:梁只是由混凝土材料构成的吗梁只是由混凝土材料构成的吗?一般的物体都受到多种力的同时作用一般的物体都受到多种力的同时作用1920知识扩展在在世世界界桥桥梁梁业业有有着着这这样样一一句句话话：世世界界桥桥梁梁建建设设20世世纪纪70年年代代以以前前看看欧欧美美，90年年代代看看日日本本，21世世纪纪看看中中国国。目目前前世世界界建建成成跨跨度度1000米米以以上上的的悬悬索索桥桥28座座，中中国国占占11座座；世世界界目目前前在在建建的的主主跨跨1000米米以以上上悬悬索索桥桥13座座，中中国国占占9座座；世世界界建建成成和和在在建建跨跨度度600米米以以上上的的斜斜拉拉桥桥21座座，中中国国占占17座座。“中中国国桥桥梁梁”已已经经成成了了中中国国的的一一张张亮亮丽丽名名片片和和彰彰显显综综合合国国力力的的重重要要符符号号。21三三.结构的类型结构的类型根据物体的结构形态分为：实体结构框架结构壳体结构此外根据需要还有其它的分类方法。22 实体结构 通常是指结构体本身是实心的结构。它的通常是指结构体本身是实心的结构。它的受力特点是，外力分布在整个体积中。受力特点是，外力分布在整个体积中。2324 框架结构 通常是指结构体由细长的构件组成的结构，通常是指结构体由细长的构件组成的结构，其特点是，支撑空间而不充满空间其特点是，支撑空间而不充满空间.2526壳体结构壳体结构 通常是指层状的结构。它的受力特点是，通常是指层状的结构。它的受力特点是，外力作用在结构体的表面上。外力作用在结构体的表面上。27视频：蛋壳的承重能力视频：蛋壳的承重能力28 大多数现代建筑的结构是由若干大多数现代建筑的结构是由若干种基本结构类型组合而成的，往往整种基本结构类型组合而成的，往往整体是框架结构，地基、柱等是实体结体是框架结构，地基、柱等是实体结构，有的建筑的屋顶则是壳体结构。构，有的建筑的屋顶则是壳体结构。组合结构组合结构291.2 稳固结构的探析稳固结构的探析30在日常生活中，我们时常看见撞翻在地的物体。这是因为物体受到外力作用出现不稳定的现象。31一、结构与稳定性一、结构与稳定性结构的稳定性结构的稳定性(Stability)是指结构在负载是指结构在负载的作用下维持其原有平衡状态的能力。它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。是结构的重要性质之一。研究结构稳定性的目的：是为了在技术领研究结构稳定性的目的：是为了在技术领域中设计出更加稳定的结构域中设计出更加稳定的结构32思考：结构的稳定性与什么因素有关？结构的稳定性与什么因素有关？33有什么办法可以让它变得更加有什么办法可以让它变得更加稳定？稳定？增加底座的大小增加底座的大小让底座变得更重让底座变得更重34结论一结论一:重心高低影响结构的稳定性。重心越低，稳定性越好 重心越高，稳定性越差35利用降低重心增加稳定性的有：利用降低重心增加稳定性的有：36对于一个结构而言，如果重心所在点的垂线落对于一个结构而言，如果重心所在点的垂线落在结构地面的范围内，就是稳定的，不会出现在结构地面的范围内，就是稳定的，不会出现倾倒。倾倒。重心点的垂线位置，落在结构底面的范围内37比萨斜塔比萨斜塔(CAMPANILE DI PISA)是世界建筑史上的一大奇迹。由于塔身压是世界建筑史上的一大奇迹。由于塔身压力过重和地质松软，南面的地基比北面约低米。在施工期间塔身既出现力过重和地质松软，南面的地基比北面约低米。在施工期间塔身既出现轻微倾斜，随着工程的进度，倾斜度不断增加。到塔身建到第三层时，可轻微倾斜，随着工程的进度，倾斜度不断增加。到塔身建到第三层时，可明显看出倾斜，曾一度停工。一百多年以后，经工程师托马索明显看出倾斜，曾一度停工。一百多年以后，经工程师托马索皮萨诺精心皮萨诺精心测量和计算，证明比萨斜塔虽倾斜，但不会倒塌，使工程继续按原设计继测量和计算，证明比萨斜塔虽倾斜，但不会倒塌，使工程继续按原设计继续施工，直到竣工。续施工，直到竣工。38结论二结论二:底座大小（结构与地面所形成的支撑面）影响结构的稳定性。支撑面越大，稳定性越好 支撑面越小，稳定性越差3940为什么童车后面会有两个小轮子？41结论三结论三:结构或构件的形状影响结构的稳定性。三角形结构使支架更容易稳定4243小结：影响结构稳定性的主要因素小结：影响结构稳定性的主要因素影响结构稳定性的因素有多种，主要有：1、重心位置的高低、重心位置的高低2、结构与地面接触所形成的支撑面的大小、结构与地面接触所形成的支撑面的大小(重心垂线与支撑面之间的关系重心垂线与支撑面之间的关系)3、结构的形状、结构的形状44观察一下静止状态的单车如何保持平衡观察一下静止状态的单车如何保持平衡?45思考：自行车骑起来时，只有两个支思考：自行车骑起来时，只有两个支撑点，为什么不会倒下呢？撑点，为什么不会倒下呢？自行车运动时其轮子转动时，使之自行车运动时其轮子转动时，使之具备具备“陀螺效应陀螺效应”从而给其奠定了不从而给其奠定了不易倾倒的力学基础，当自行车在某一易倾倒的力学基础，当自行车在某一速度下前进车子抗干扰的能力是有限速度下前进车子抗干扰的能力是有限的，骑车人通过对车和人姿态的调节的，骑车人通过对车和人姿态的调节使干扰始终维持在临界之内。使其具使干扰始终维持在临界之内。使其具有更好的稳定性，所以自行车在运动有更好的稳定性，所以自行车在运动中不会倒。中不会倒。46有什么方法能在不破坏鸡蛋有什么方法能在不破坏鸡蛋的情况下使鸡蛋竖起来？的情况下使鸡蛋竖起来？47 日常生活中我们也可以利用不稳定的结构来实现日常生活中我们也可以利用不稳定的结构来实现某些功能。某些功能。48二、结构与强度二、结构与强度结构的强度结构的强度(Strength)是指结构具有抵抗被是指结构具有抵抗被外力破坏的能力外力破坏的能力.49思考：结构的强度与哪些因素有关思考：结构的强度与哪些因素有关？50影响结构强度的主要因素：影响结构强度的主要因素：1.结构的结构的 材料材料不同材料构成的结构，其强度各不相同。有不同材料构成的结构，其强度各不相同。有抗拉力、压力、剪切力和扭曲力性能的，所抗拉力、压力、剪切力和扭曲力性能的，所以在不同结构不同要求中，选择不同特性的以在不同结构不同要求中，选择不同特性的材料。材料。梁的示意图梁的示意图压力压力拉力拉力跳板材料51这两款板凳，哪一这两款板凳，哪一款更结实？款更结实？52这种收纳木板是否这种收纳木板是否结实，有没有改进结实，有没有改进的方法？的方法？532.2.结构的形状结构的形状结构外部形状结构外部形状结构的构件截面形状结构的构件截面形状三角形是框架结构最基本的形状之一，结实、三角形是框架结构最基本的形状之一，结实、稳定、材料最少。在四边形、六边形构件中，稳定、材料最少。在四边形、六边形构件中，加上三角形支撑件，就可大大增加构件的牢加上三角形支撑件，就可大大增加构件的牢固程度。固程度。54那一种餐桌寿那一种餐桌寿命长？命长？551）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，具体有松螺栓、松铆等。3.结构的连接方式结构的连接方式影响结构强度的主要因素：影响结构强度的主要因素：5657582）刚连接：）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，具体有榫接、胶接、焊接、固定铆接等。59榫接榫接胶接胶接焊接焊接60小结：影响结构强度的主要因素材料形状连接方式61三、结构与功能三、结构与功能 结构不仅是事物存在的一种形式，而且对事物的结构不仅是事物存在的一种形式，而且对事物的功能和作用产生着直接影响。结构的变化可能导致功能功能和作用产生着直接影响。结构的变化可能导致功能的变化。的变化。6263 一种人力驱动的冰上自行车，有车架、踏板曲柄、链轮、前转向轴及后轴。其特点是在前转向轴的一端处装有一只前冰刀，在后轴的两端对称地刚性联接两个倾斜的盘状冰刀，从而形成一种三点支撑的可在冰面上前进、倒退、前后滑行及刹车的冰上自行车。6465三、结构与功能三、结构与功能 结构不仅是事物存在的一种形式，而且对事物的结构不仅是事物存在的一种形式，而且对事物的功能和作用产生着直接影响。结构的变化可能导致功能功能和作用产生着直接影响。结构的变化可能导致功能的变化。的变化。66