資源簡介

(共46張PPT)
第一單元 結構及其設計
課標導引
考點 課標要求 學業水平要求
常見結構的認識 (1)感知豐富的結構 (2)認識結構的受力 (3)辨析結構的類型 從力學的角度理解結構對技術產品及其功能實現的獨特價值,了解結構的一般分類和簡單的受力分析
水平一
水平二
水平二
穩固結構的探析 (1)探析結構穩定性 (2)探析結構強度 通過技術試驗或技術探究分析影響結構的強度和穩定性的因素,并寫出試驗報告
水平三
水平三
結構功能的實現 (1)感悟結構與功能的關系 (2)欣賞經典結構的案例 能從技術和文化的角度賞析經典結構案例
水平二
水平二
簡單結構的設計 (1)分析結構設計應考慮的主要因素 (2)設計并制作站立式辦公桌 結合生活中的實際需求進行簡單的結構設計,并繪制設計圖樣,做出模型或原型
水平一
水平二
教材研析
知識點一　結構的受力形式
基本受 力形式 圖示 特點
受拉 構件兩端承受沿軸線方向的拉力,大小相等,方向相反。構件沿外力的作用方向伸長,截面變細
受壓 構件兩端承受沿軸線方向的壓力,大小相等,方向相反。構件沿外力的作用方向縮短,截面變粗
受剪切 構件承受兩個作用線相距很近、大小相等、方向相反、且作用于同一物體上的平行力,構件的相鄰兩截面沿外力的作用方向產生錯位(例:連接件中的螺栓受力后的變形)
受彎曲 在通過構件軸線的平面內,承受垂直于構件軸線的外力或外力偶的作用,在受力面內構件軸線由直線變為曲線
受扭轉 構件兩端受到兩個垂直于軸線平面內的力偶作用,兩力偶大小相等、轉向相反,構件的任意兩個橫截面發生繞軸線的相對轉動
知識點二　結構的類型
結構的分類多種多樣,從形態方面考慮,通常有實體結構、框架結構和殼體結構等基本類型。在生產和生活實際中,很多物體的結構是由兩種或兩種以上的基本結構類型組合而成的。
結構的 類型 概念 受力特點 舉例
實體結構 結構體本身是實心的結構 外力分布在整個體積中 實心墻、大壩
框架結構 結構體由細長的構件組成的結構 支撐空間而不充滿空間,能承受垂直和水平荷載 鐵架塔、建筑用腳手架
殼體結構 結構體是層狀的結構 外力作用在結構體的表面上 頭盔、飛機外殼
知識點三　結構穩定性
1.含義
結構的穩定性是指結構在荷載的作用下維持其原有平衡狀態的能力。
2.影響結構穩定性的主要因素
(1)重心的位置
結構體穩定的基本條件:處于靜止狀態的結構,重心的垂足落在結構支撐面的范圍內,就是穩定的。重心越低,越穩定。
(2)結構與地面接觸所形成的支撐面積的大小。
(3)結構的形狀
三角形的穩定性相對較好,既節省了材料,還減輕了結構體的質量。
影響結構穩定性的因素是相互聯系的,需要綜合考慮各種因素來討論結構的穩定性。物體在靜止狀態與運動狀態下的穩定性條件也是不同的。
結構的穩定性分析
特性 影響因素 常見措施
穩定性 重心 加重底座,外殼輕便
支撐面 支撐腳伸展、外張
形狀 桁架結構
3.不穩定結構的應用
倒置的啤酒瓶可以預報地震等。
知識點四　結構強度
1.含義
結構的強度是指結構具有的抵抗被外力破壞的能力。
2.影響結構強度的主要因素
(1)結構的形狀
對強度的影響有兩方面:一是結構體的形狀,二是構件截面形狀。不同橫截面形狀的構件所能承受力的程度是不一樣的。
相同材料,相同截面積,不同形狀的構件強度也不相同。
(2)結構的材料
不同材料構成的結構,其強度各不相同。一個堅固的梁必須具有良好的抗拉、抗壓、抗剪切和抗扭轉的性能,所以梁通常由不止一種材料制成。由于材料與結構強度具有密切的關系,因此在設計過程中應注意挖掘材料特性所帶來的新結構的可能。
(3)結構的連接方式
結構由若干個構件通過不同的連接方式組合而成。結構的連接方式直接影響結構的強度。結構構件的連接方式按構件之間能否轉動來分,通常有兩類:鉸連接和剛連接。
鉸連接:被連接的構件在連接處不能相對移動,但可相對轉動(例:門與門框的連接)。
剛連接:被連接的構件在連接處既不能相對移動,也不能相對轉動(例:榫接、膠接、焊接)。
結構的強度分析
特性 影響 因素 常見措施
強度 材料 1.不同材料能承受不同形式的作用力,如:混凝土抗壓性能好;鋼筋抗拉性能好;繩索可受拉,不可受壓、受彎曲
2.構件的橫截面積越大,其能產生的內力越大
形狀 1.外部形狀:三角形、拱形
2.截面形狀:圓形、工字形
連接方式 1.鉸連接:松螺栓、松鉚、合頁連接
2.剛連接:榫接、膠接、焊接
知識點五　結構與功能的關系
結構不僅是事物存在的一種形式,而且對事物的功能和作用產生著直接影響。結構的改變可以導致事物功能的變化,即事物的結構決定了其功能。設計中,往往通過改變結構實現不同的功能,具體的設計中還需要考慮使用的環境、時間等因素。
結構在規定的使用期限內和規定的條件下,完成預定功能的可能性,稱為可靠性。它是安全性、適用性和耐久性的總稱。安全性是指結構在正常使用時能承受可能出現的各種荷載;適用性是指結構在正常使用時具有良好的工作性能;耐久性是指結構在規定環境條件下和預定的設計使用年限內,能保持結構正常使用。
知識點六　欣賞經典結構
賞析結構設計作品,可以從技術與文化兩個角度進行。
1.技術角度
技術角度:側重結構的使用功能的實現,結構的穩固耐用,結構造型設計的創意和表現力,材料使用的合理性,工藝制造的精湛程度等。
2.文化角度
文化角度:側重結構的文化寓意與傳達,公眾認可的美學原則,反映時代、民族、習俗方面的特征,結構的個性特征等。
知識點七　結構設計應考慮的主要因素
1.結構設計的目標及要求
結構設計應以一種或幾種功能的實現為基本目標,應滿足設計規范,滿足使用者的基本需要。
2.結構設計應考慮的主要因素
符合使用者對設計對象的穩定性和強度要求,安全因素,公眾和使用者的審美需求,使用者的個性化需要,對設計對象的成本控制要求和一定的使用
壽命。
結構設計師應具有全方位和多目標的空間想象力,并具有跨領域的協調整合能力,根據各種要求與限制條件尋求對立中的統一。
問題詳解
典例1 含滾輪擠壓結構
典例2 不含滾輪構件傳遞力
典例3 結構穩固和受力等混合型
典例4 分析穩定性和強度的影響因素
典例5 簡單結構方案構思選擇題
典 例 1
(2023年浙江7月學考)如圖所示,一種通過旋緊螺母來夾緊工件的結構。工件10被夾緊時,螺母5、圓柱推桿4和壓桿9的主要受力形式是(　　)
A.螺母受拉、圓柱推桿受壓、壓桿受彎曲
B.螺母受壓、圓柱推桿受彎曲、壓桿受壓
C.螺母受壓、圓柱推桿受壓、壓桿受彎曲
D.螺母受拉、圓柱推桿受彎曲、壓桿受壓
C
解析 螺母受到擠壓的力,所以受壓;圓柱推桿被頂過來,所以受壓;壓桿由于受到三個力的作用形成杠桿,所以受彎曲。
變式訓練
1.(2023年浙江6月選考)如圖所示,一種楔塊結構的
結構示意圖,楔塊在機座槽內滑動,其中Fr為驅動力,
Fd為工作阻力。下列對工作時各個構件主要受力
形式的分析,正確的是(　　)
A.楔塊受壓、滾子受壓、推桿受壓受彎曲
B.楔塊受壓、滾子受壓、推桿受壓
C.楔塊受彎曲、滾子受剪切、推桿受壓受彎曲
D.楔塊受彎曲、滾子受剪切、推桿受彎曲
解析 推桿受到橫向和縱向作用力,所以受壓受彎曲,楔塊和滾子都是受到擠壓的力,所以受壓。
A
2.(2021年浙江1月學考)如圖所示的壓緊結構,在力F的作用下,驅動桿通過連桿、擺桿、滾子將工件壓緊。壓緊時,連桿、擺桿的主要受力形式是 (　　)
A.連桿受彎曲、擺桿受壓
B.連桿受扭轉、擺桿受壓
C.連桿受扭轉、擺桿受拉
D.連桿受彎曲、擺桿受拉
D
解析 從壓緊結構的工作原理來看,結構在力F的作用下,連桿左端受到向上的力,中端受到向下的力,右端受到向上的力,故連桿受彎曲。擺桿由于連桿向上運動,擺桿與連桿的銷軸也有向上運動的趨勢,帶動擺桿向上,擺桿受到來自銷軸向上的力,同時機座給予擺桿一個向下的反作用力,符合受拉的特性,所以擺桿受拉。
典 例 2
(2022年浙江1月學考)如圖所示,一種復式杠桿起重器示意圖,在力F的作用下,手柄通過連桿帶動擺桿將吸盤上的重物輕松平穩提起。圖示位置擺桿和手柄均處于水平位置,連桿與手柄垂直,下列受力分析正確的是(　　)
A.手柄受彎曲 B.連桿受壓 C.擺桿受拉 D.吸盤受扭轉
解析 手柄3個受力點,受彎曲。連桿受拉,擺桿受彎曲,吸盤受拉。
A
變式訓練
1.一種壓緊結構如圖所示。在力F的作用下,推桿通過擺桿、連桿帶動壓桿向左運動,將工件壓緊。此時推桿、連桿、壓桿的主要受力形式是(　　)
A.推桿受壓、連桿受彎曲、壓桿受剪切
B.推桿受剪切與受彎曲、連桿受壓、壓桿受壓
C.推桿受壓與受彎曲、連桿受壓、壓桿受壓與受彎曲
D.推桿受剪切、連桿受剪切、壓桿受彎曲
C
解析 連桿是二力桿所以受壓,推桿和壓桿受壓與受彎曲,因為有個向上和向下的分力。
2.一輛簡易吊車,正在起吊重物,如圖所示。以下
關于構件的受力形式,說法不正確的是(　　)
A.支柱主要受剪切
B.橫梁主要受彎曲
C.活塞桿主要受壓
D.鋼索主要受拉
解析 支柱主要受彎曲。
A
典 例 3
一款硬紙板插接而成的可拆卸式桌子如圖所示,關于
該桌子的結構分析不合理的是(　　)
A.采用插接方式,連接牢固
B.桌子與地面接觸形成較大的支撐面,穩定性好
C.桌面采用兩層紙板,增加強度
D.中間的支撐板將側板連在一起,使結構具有較好的穩定性
解析 插接方式的強度中等。
A
變式訓練
1.一款掛式晾曬架如圖所示,用于懸掛在窗臺框
上晾曬衣物,可折疊,方便收納。下列關于該晾
曬架的說法不正確的是(　　)
A.該晾曬架屬于框架結構
B.掛桿A處的主要受力形式是受拉
C.掛桿與底部的連接方式屬于鉸連接
D.底部細桿的主要受力形式是受壓
解析 底部細桿的主要受力形式是受彎曲。
D
2.(2022年浙江7月學考)如圖a所示的行李箱,需要時拉開支撐腿,人就可坐在座位上;把箱體拆下,也可單獨作為手推車使用,如圖b所示。下列分析正確的是(　　)
D
A.支撐腿能拉開和收攏,是由于支撐腿與箱體之間采用了剛連接
B.推拉行李箱時,推拉桿的受力形式為僅受壓或僅受拉
C.推拉桿設計成可伸縮結構,是為了提高推拉桿強度
D.橫桿的設計,提高了手推車的穩固程度
解析 支撐腿能拉開和收攏,是由于支撐腿與箱體之間采用了鉸連接,A錯誤;推拉行李箱時,推拉桿的受力形式主要是受壓或受拉,B錯誤;推拉桿設計成可伸縮結構,是為了適用于不同身高的使用人群,更好地實現人機關系的舒適目標等,C錯誤。
典 例 4
一款交叉折疊式升降車如圖所示。以下措施可以
增加其穩定性的是(　　)
A.減小底座的面積
B.底座加裝輪子
C.增大底座的質量
D.增加承載筐的高度
解析 底座加裝輪子只會增加結構的強度。
C
變式訓練
1.小明同學設計了一個帶有收納空間的木桌,如圖所示,經歷了從方案一到方案二的改進,下列說法不正確的是(　　)
A.方案二的桌子采用人造免漆板替代方案一中的松木板,可降低加工難度
B.方案二在收納空間加了分隔板,實現分類收納,屬于功能優化
C.方案二將方案一中的兩個桌腳底邊切割出凹型槽,改進的主要目的是節省材料
D.方案二在兩桌腳間增加一塊橫板能使桌子更加穩固
C
解析 方案二將方案一中的兩個桌腳底邊切割出凹型槽,改進的主要目的是提高結構的穩固性。
2.一款健身器械如圖所示。以下關于它的說法正確的是(　　)
A.該健身器械屬于實體結構
B.底座前端的Y形設計,提高了結構的穩定性
C.支撐桿的主要受力形式是受彎曲
D.斜桿長度可調的設計,提高了結構的強度
B
解析 該健身器械屬于框架結構;支撐桿的主要受力形式是受壓;斜桿長度可調的設計,是為了適用于不同身高的使用人群,更好地實現人機關系的舒適目標等。
3.為探究影響結構穩定性的因素,小明設計了如圖a所示的實驗裝置。其中豎直細桿和底座由輕質材料制成,一個小鋼球可以套在豎直桿上任何一個位置。小明用此裝置做了如下實驗:
(1)如圖a所示,先將小鋼球置于桿的下端,電吹風與小鋼球在同一高度并保持一定距離,用低擋風吹小鋼球,裝置不發生傾倒;再逐步上移小鋼球在豎直桿上的位置,保持電吹風的風力、方向以及電吹風與小鋼球的水平距離不變,觀察裝置是否發生傾倒,并在豎直桿上標記裝置發生傾倒時鋼球的位置A。從這個實驗可以得出:結構的重心位置越高,穩定性越___________
______。
(2)如圖b所示,小明在底座下面粘上兩根細木條(質量可不計),小鋼球套在A位置,用低擋風吹小鋼球,裝置不發生傾倒;繼續保持電吹風與小鋼球的水平距離不變,改用強擋風吹,裝置仍然不發生傾倒。從這個實驗可以得出:結構與地面接觸所形成的_________越大,結構的穩定性越好。
弱)
差(或低、
支撐面
(3)如圖c所示,小明用手向右輕推細桿,裝置傾斜一小角度,松手后裝置不發生傾倒;再次輕推細桿,裝置傾斜到一定角度時發生傾倒。通過對這個實驗進行分析,可以得出:結構重心的垂足落在結構的支撐面范圍內,結構是___
___的。
穩
定
典 例 5
(2022年浙江7月學考)如圖所示的金屬材質椅子,在使用過程中椅腳發生明顯變形,下列小明提出的改進方案,較優的是(　　)
B
解析 在使用過程中椅腳發生明顯變形,說明這個結構穩固性一般,而B選項的設計增加了結構的前后和左右的穩固性。
變式訓練
1.如圖所示,四個完全相同的圓臺,質量均勻分布,按下列方式疊放在同一水平面上,其中三個圓臺邊沿兩兩相切,另一個圓臺放在三個圓臺的正上方。則疊放方式最穩定的是(　　)
解析 與地面接觸面積大的是選項A、C,而重心相對較低的是選項C。
C
2.(2023年浙江6月選考)小明發現家中方凳的榫接松動,設計了下列四種加固方案,其中不合理的是(　　)
解析 D方案中的木楔加固方式,容易引發豎直方向上凳腿的順紋開裂,故不合理。
D
3.用一塊80 mm×60 mm×20 mm的木塊制作一個簡易的手機支架,從結構的穩定性和方便使用的角度分析,以下四種設計方案最為合理的是(　　)
解析 A選項的設計方案,放上手機后,重心的水平投影位置處于支撐面內。
A

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