資源簡介

《技術與設計2》第一單元 結構與設計（講稿）
　前言
　　上學期，我們學習了《技術與設計1》模塊，老師和同學們一起走進了技術世界，認識了技術及其主要特性；我們一起步入了設計殿堂，學習了設計的基本知識，體驗了設計的初步過程，進行了設計的交流和評價。應該說，在培養“技術素養”的進程中，有了一個良好的開端。
　　本學期，我們將繼續學習本課程的第二個必修模塊——《技術與設計2》。本模塊共有四個單元，這四個單元是：結構與設計、流程與設計、系統與設計、控制與設計。同學們會發現，在第一模塊中的八個內容是用“章”來表示的，而本模塊的四個學習內容則用來“單元”來表示，這是因為，第一模塊的八個內容是彼此相連，且有遞進關系的內容，而本模塊的四個內容相對比較獨立。但并不是說它們沒有關聯。實際上，這四個主題，也是有著內在聯系的。這種聯系可以理解為：系統是主體，結構是核心，流程是系統狀態的變化，控制是對系統狀態實施的干預。
　　在本模塊的學習中，我們除了要繼續加深對技術的認識和對設計知識的掌握外，同學們特別要對包含在這些專題里的技術思想和方法的領悟和理解，并將這些思想和方法遷移到我們的學習和生活之中。
　　由于本模塊內容的知識性和專業性都比第一模塊要強得多，同學們在學習中既要動手，又要動腦，并要學會靈活運用其它學科的知識來解決技術問題。要通過本模塊的學習進一步提高技術理論素養、技能素養和創新能力。老師將和同學們一起為達成這樣的教學目標而竭盡全力。
　　下面，我們開始學習第一單元
　　第一單元 結構與設計
　　第一節 認識結構
　　一、結構的涵義
　　“結構”一詞，對同學們來說可能并不陌生。請同學們想一想，在學習其它課程中，有哪些課程提到過“結構”？對！；在生物課中提到過：人體的結構；在政治課里有社會結構；在化學和物理中，有物質結構、分子結構、原子結構，在語文課里接觸過：文章的結構，在地理課中有地質結構。看來 ，世界上的事物，大到宇宙，小到原子、分子；物質的，非物質的，都有其自身的結構。僅管它們各自的具體內容不一定相同，但是，它們的本質涵義卻是相同的。現在，我請同學們根據不同事物的結構，給“結構”歸納出一個總的表述。對！“結構是指事物內部的組成、排列及其相互之間的關系”。
　　二、為什么要學習結構？
　　在人們對系統進行研究時，進一步發現了結構和系統的功能有著緊密的關系。也就是說，系統的功能對其結構有著絕對的依賴性。所以有人說，結構不僅是事物存在的形式，更是事物特性的依據。
　　在自然界，相同的物質，不同的結構，表現出不同特性的現象處處可見：
　　——同樣是水，有液態、氣態、固態；
　　——同樣是碳，但有最硬的固體金剛石和最軟的固體石墨存在；
　　——同樣是磷，有三價磷和五價磷，它們的非金屬性是有差別的；
　　——同樣的六個字：“這個人表現好”，“這個人好表現”但因排列不同，就成了一褒一貶。
　　——用同樣的制作材料，做出來的結構不同的小凳，就會有不同的特性，有的穩定，的就不穩定。
　　
　　
　　——同樣的三根棍，首尾相連，就成了武術器械“三節棍”，如將三根棍的一端連在一起就變成了可用來照相和測量的“三角架”。
　　
　　
　　
　　從以上事例，我們看到結構是如何的重要，結構不合理，就會產生嚴重的后果。 教材中(004頁)列舉了一個典型的事例，就是加拿大的魁北克大橋的坍塌，請同學們讀讀這段文字。并談談感想。
　　在我們這個課里，不去討論廣義的結構。而只限定在“工程結構”的范圍內。
　　什么是工程結構？工程結構是指能承受和傳遞外加載荷的承力系統，包括桿、板、殼等構件及其組合體。也就是說，工程結構可以是單個的構件，如一根桿、一塊板、一條繩，也可以是一個由不同構件組合起來的組合體。如一座橋、一張桌子、一架飛機等，它們都可以叫做工程結構。常常簡稱為結構。
　　三、作用在（工程）結構上的載荷（力）
　　工程結構承受的外力有各種各樣。但從它們對結構的影響來說，主要有如下幾種。
　　1．拉力。結構承受拉伸時，作用在結構（經常稱為拉桿）上的力，是一對方向相反，作用線與拉桿軸線重合的集中力，方向背離桿的底面。其受力實例是吊車的吊繩，其力學模型如下圖。
　　
　　
　　2．壓力。結構承受壓縮時，作用在結構（習慣上稱為壓桿）上的力是一對方向相反，作用線和壓桿軸線重合的集中力，方向指向桿的底面。液壓機的頂桿工作時就是受壓，其力學模型如下圖。
　　
　　3．剪力。結構在受剪切時，結構所承受的力是分別作用在構件相對的兩個面上，方向相反，作用線錯開微小距離的兩個平行力。連接剪刀兩個部分的銷釘在剪刀工作時就是承受的剪切，其受力模型如下圖。
　　
　　
　　4．扭轉力。承受扭轉的構件一般都稱為軸。它承受的外力是一對作用在軸兩端面內，轉向相反力偶矩，其受力實例和力學模型如圖。
　　
　　
　　5．彎曲力。承受彎曲載荷的構件，一般稱為梁。梁在承受彎曲時，受力情況比較復雜，其中一種載荷叫做彎矩。它是作用在過梁的軸線且與橫截面垂直的平面內的力偶矩。其作用是使梁產生彎曲變形。其受力模型如圖。
　　
　　
　　任何結構承受的外載荷，都是拉、壓、剪、扭、彎中的一種、或幾種的組合。工程結構的主要功能就是承受和傳遞各種形式的外載，保證結構的可靠工作。如
　　——秋千的吊索，主要承受拉力；
　　——橋梁的橋墩，主要承受壓力；
　　——連接齒輪和軸的鍵，主要承受剪力；
　　——汽車方向盤的軸，主要是受扭；
　　——單杠的杠體（上面的橫杠），主要受彎。
　　為了保證結構的正常工作，這些構件必須有對于主要載荷的足夠的承載能力。這是結構設計中必須考慮的重要問題。

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