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(共45張PPT)
1.2穩(wěn)固結(jié)構(gòu)的探析
第一單元 結(jié)構(gòu)與設(shè)計
1.結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性
目錄
2.結(jié)構(gòu)與強度
3.結(jié)構(gòu)與功能
臺風來了。。。
為什么樹會倒，廣告牌會破？
因為樹受到臺風的作用，不能維持它原本的平衡狀態(tài)了。
1.結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性
結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性：
指結(jié)構(gòu)在荷載的作用下維持其原有平衡狀態(tài)的能力。
如果一個物體的結(jié)構(gòu)不能有效地抵御載荷的作用，
那么該物體就很難承受荷載而保持原有平衡狀態(tài)。
物體抵御外力維持平衡的能力。
那到底什么樣的結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的？
馬上行動
重力
風力
說明下列物體有可能因受哪些力的作用而出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，并根據(jù)你的生活經(jīng)驗，簡要說明原因？
物體 受到的外力 不穩(wěn)定的主要原因
支撐面小，重心落在支撐面以外。
重力
碰撞
底座不夠重，重心偏高。
馬上行動
說明下列物體有可能因受哪些力的作用而出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，并根據(jù)你的生活經(jīng)驗，簡要說明原因？
物體 受到的外力 不穩(wěn)定的主要原因
重力
碰撞
與地面接觸所形成的支撐面較小，重心偏高。
馬上行動
說明下列物體有可能因受哪些力的作用而出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，并根據(jù)你的生活經(jīng)驗，簡要說明原因？
物體 受到的外力 不穩(wěn)定的主要原因
影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素有哪些？
重心位置的高低
支撐面的大小
結(jié)構(gòu)的形狀
不倒翁為什么不倒？
獨腳茶幾為什么能夠穩(wěn)定？
茶幾高度設(shè)計比較低；
底座采用較重的材料；
臺面采用比底座輕的材料。
重心低。
影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素(1)—結(jié)構(gòu)的重心
重心越低，穩(wěn)定性越好；
重心越高，穩(wěn)定性越差。
重心所在點的垂線落在結(jié)構(gòu)底面的范圍內(nèi)，就是穩(wěn)定的，不會出現(xiàn)傾倒。
高塔為什么一般上面很小，下端面積很大？
影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素(2)—結(jié)構(gòu)的支撐面
結(jié)構(gòu)與地面接觸所形成的支撐面
越大越穩(wěn)定，越小越不穩(wěn)定。
注意：
支撐面≠接觸面。
接觸面:物體與地面接觸形成的面。
支撐面:物體與地面接觸形成支撐點的
連線與地面構(gòu)成的面。
大壩橫截面呈梯形
課桌的桌腳向外斜
屏風隔斷為什么通常都擺成Z字型，而不擺成一字型？
影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素(3)—結(jié)構(gòu)的形狀
結(jié)構(gòu)的形狀不同，其穩(wěn)定性也不同。
照相機、攝像機為什么用三腳架支撐而不用四腳架？五腳架……？
電冰箱的4只支撐腳中有一只可以調(diào)節(jié)高低，同理于照相機支撐架。
馬上行動
人們利用梯子可以登高。請分析A字形梯載人時能穩(wěn)定的原因，如果沒有梯子中間的拉桿將會怎么樣？
拉桿
A字形梯的兩邊支腳分別與地面形成較大的支撐面，中間由拉桿固定，當人站上梯子時，人和梯子重心的垂線落在四個支撐腳形成的底面范圍內(nèi)。因為支撐面大，人稍有傾斜，重心的垂線仍在支撐面內(nèi)，所以結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的。
如果沒有中間的拉桿，人站上梯子時，兩梯腳會向外滑動，A字形結(jié)構(gòu)被破壞，失去平衡，梯上的人就會跌落下來。
案例分析
靜態(tài)的自行車是如何保持穩(wěn)定的？
馬上行動
支撐點與地面構(gòu)成的幾何形狀
前、后輪的受力
重心位置
穩(wěn)定情況
三角形
穩(wěn)定
重心落在兩支撐點與前輪與地面的接觸點構(gòu)成的三角形中
前輪著地，后輪不受力
生活中我們有這樣的經(jīng)驗，一個物體要有三個支撐點才能穩(wěn)定，如果只有兩個就會倒下。但是我們也看到過這樣的現(xiàn)象：
物體在運動狀態(tài)中和在靜止狀態(tài)中穩(wěn)定條件是不同的。
探究
自行車在騎動時，只有兩個支撐點，卻不會倒下的原因？
一個旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)軸所指的方向在不受外力影響時，是不會改變的。車輪轉(zhuǎn)的越快越不容易倒，因為車軸有一股保持水平的力量。
另外，人在反復練習后，掌握了隨時平衡車體平穩(wěn)的能力也是一個比較重要的原因。
思考：還有哪些因素會影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性？
在汽車制造業(yè)中，利用殼體結(jié)構(gòu)和薄鋼板材制造汽車的車體，而不用框架結(jié)構(gòu)或較厚的鋼板，原因是什么？
現(xiàn)在的汽車是框架和殼體結(jié)構(gòu)的組合。殼體結(jié)構(gòu)表面能分散所受的力，在同樣的安全性下，與單純的框架結(jié)構(gòu)比相比，可以使用更薄的鋼板材，使車體質(zhì)量較小，重心下移。
材料也是影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素。
結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性在日常生活中有著廣泛的應用，一方面人們利用穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)抵抗外力、承受負載，另一方面又利用不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)某些功能。例如：
地震多發(fā)地區(qū)，人們利用倒置的啤酒瓶來預報地震。
2.結(jié)構(gòu)與強度
結(jié)構(gòu)的強度：
指結(jié)構(gòu)具有抵抗被外力破壞的能力。
受力的五中基本形式：
受拉、受壓、受剪切、受扭轉(zhuǎn)、受彎曲。
馬上行動
事件 結(jié)果 原因
分別在一根竹竿和一根同樣尺寸的脆性塑料桿上不斷加掛相同質(zhì)量的重物
沿著垂直于重心線的方向撞擊一根完整的鋼管與用同樣的方法撞擊一根中間有焊接縫的鋼管
竹竿比脆性塑料桿能掛更多的重物而不會斷裂
不同材料的抗拉性能不同
中間有焊接縫的鋼管受到撞擊時容易損壞
構(gòu)件的連接方式不同
影響結(jié)構(gòu)強度的主要因素：
結(jié)構(gòu)的形狀
使用的材料
構(gòu)件間連接方式
案例分析：強度
影響結(jié)構(gòu)強度的主要因素1——結(jié)構(gòu)的形狀
結(jié)構(gòu)的外部形狀——三角形、拱形
結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面形狀——工字形、圓形
不同橫截面形狀的構(gòu)件所能承受力的程度是不一樣的。
結(jié)構(gòu)的外部形狀——三角形
結(jié)構(gòu)的外部形狀
——拱形
工字形截面
圓形截面
小試驗：
測試用不同截面形狀的構(gòu)件做成的懸梁的強度
控制變量法：只改變一個研究因素，其他條件不變。
需改變的因素：
構(gòu)件的截面形狀
需控制相同的條件：
懸臂長度相同；
截面周長相同；
……
思考1：設(shè)想用截面為凹槽形狀的構(gòu)件做懸梁，凹槽側(cè)向放置與向上放置所能承受的重力是否相同？
凹槽的朝向不同，
所能承受的拉力也不同。
思考2：試驗過程中還需要注意什么？
紙筒兩端架在兩凳子上進行試驗。
技術(shù)試驗報告：
1.試驗目的；
2.試驗準備；
3.試驗步驟；
4.試驗記錄；
5.試驗總結(jié)。
結(jié)構(gòu)的強度與材料有關(guān)。
影響結(jié)構(gòu)強度的主要因素2——結(jié)構(gòu)的材料
問題：是不是鋼材組成的結(jié)構(gòu)的強度一定比塑料或木材大？
不同的材料能承受不同形式的作用。
繩子可受拉，不可受壓、受彎曲；
混凝土抗壓性能好；
鋼筋抗拉性能好。
影響結(jié)構(gòu)強度的主要因素3——構(gòu)件間連接方式
結(jié)構(gòu)是由若干個構(gòu)件通過不同的連接方式組合而成的。
結(jié)構(gòu)的構(gòu)件間的連接方式直接影響結(jié)構(gòu)的強度。
鉸連接：
構(gòu)件在連接處不能相對移動，但可以相對轉(zhuǎn)動。
松鉚、松螺栓、合頁連接。
剛連接：
構(gòu)件在連接處不能相對移動，也不能相對轉(zhuǎn)動。
木工：榫接、膠接、釘接；
金工：焊接。
連接方式
(1)對一個用4根小木條釘成的相片框,使它更牢固的做法是什么
(2)在自行車各部件之間的連接中,自行車各根鋼管間屬于_______連接；剎車連桿之間屬于_________連接；輻條與鋼圈之間屬于_______連接。
馬上行動
可用直角鐵片固定在連接處的背面;
用膠水加固連接部位；
在不影響使用的前提下對角線加木條。
剛
鉸
剛
(3)比較左圖中同一結(jié)構(gòu)的幾種連接方式,當橫梁受到向下的荷載作用時，請分析哪種連接方式的強度更好。
第一種是榫接，強度較大，結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定。
第二種是用釘子連接，當上端受壓力時，連接處要承受剪切力，容易造成連接處斷裂，所以強度最小。
第三種也是釘子連接，但當上端受壓力時，連接處所承受的是壓力，同時因為沒有榫接打孔影響結(jié)構(gòu)，所以強度最大。
3.結(jié)構(gòu)與功能
結(jié)構(gòu)對事物的功能和作用產(chǎn)生著直接的影響，結(jié)構(gòu)的改變可能導致功能的改變。
案例分析：傘與拐杖/多用起子
案例分析：自行車的結(jié)構(gòu)與功能
小結(jié)
1.結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性
重心、支撐面、形狀
2.結(jié)構(gòu)的強度
形狀、材料、連接方式
3.結(jié)構(gòu)的改變可能導致功能的改變
THANKS
1.1 常見結(jié)構(gòu)的認識
蜂窩構(gòu)造的應用
塑性材料，防擠壓、沖撞，做包裝填充物。
應用于高層建筑的外墻上，具有高強的抗撓曲能力，而且質(zhì)輕，剛度大、板面平整度好，更具有良好的隔音、隔熱、防震、防火作用，實為一種優(yōu)良的節(jié)能環(huán)保建筑裝飾材料
結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面形狀

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