資源簡介

專題五 結構與設計
知識框架
結構與設計 認識結構 結構的含義
結構的類型
結構的受力
探析穩(wěn)固的結構 結構與穩(wěn)定性
結構與強度
結構與功能
設計簡單的結構 結構設計案例
結構模型或原型的制作
欣賞經(jīng)典的結構 結構設計案例的評價
復習要點
1．能從力學角度了解結構的概念，能對簡單的結構實例進行分類。
2．能結合簡單的結構案例，分析結構是如何承受力的。
3．理解結構的穩(wěn)定性和影響結構穩(wěn)定性的主要因素。
4．將結構的形狀、材料、連接方式等方面對結構強度的影響運用到常見的設計，并對不同領域中的一些案例進行分析、優(yōu)化和改進。
5．理解結構與功能的關系，能對一個簡單的對象進行結構設計，繪出簡單的設計圖紙。
6．學會對結構的設計案例進行評價。
重點提示
1．結構與設計從空間和力的角度來考慮設計。從力學角度看，結構是指可承受一定應力的架構形態(tài)，結構可以抵抗能引起形狀和大小改變的力。
每個物體都有其特定的架構形態(tài)，一個較復雜的結構由許多不同的部分組成、這些組成部分通常稱為構件。當構件受到外力作用時，內(nèi)部各質(zhì)點之間的相互作用會發(fā)生改變．產(chǎn)生一種抵抗的力，稱為內(nèi)力。應力是構件的單位橫截面上所產(chǎn)生的內(nèi)力，當應力達到某一極限值時．結構就會遭到破壞。
構件的基本受力形式有拉力、壓力、剪切力、扭轉力、彎曲力。有時，構件可能同時受到幾種不同形式的力的作用。
要注意各種實體、殼體、框架結構的受力特點，及其在設計中的仿生作用。
2．結構的穩(wěn)定性是指結構在外力的作用下維持其原有平衡狀態(tài)的能力。它是結構的重要性質(zhì)之一，如果一個物體的結構不能有效地抵御常見外力的作用，那么該物體是很難承受負載而保持平衡的。影響結構穩(wěn)定性的因素有多種，對于一個在地面可移動的物體來說，主要是重心位置的高低、結構與地面接觸所形成的支撐而的大小、結構的形狀等。
結構的強度是指結構具有的抵抗被外力破壞的能力。影響結構強度的主要因素是結構的形狀、結構的材料、構件之問的連接方式等因素有關。
3．結構設計應考慮的主要因素有：符合使用者對設計對象的穩(wěn)定性和強度的要求，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。
無論是機械產(chǎn)品的設計還是建筑結構的設計，人們總是在滿足功能要求的情況下，追求用最少(或最輕)的材料組成結構，同時追求結構的剛度或強度的最大化。
不同的結構設計．應考慮的因素各有側重，但無論在哪一類用途的結構設計中，安全都是至關重要的因素。
4．結構欣賞主要從兩個方面來考慮。從技術的角度：結構的使用功能實現(xiàn)，結構的穩(wěn)固耐用．結構造型設計的創(chuàng)意和表現(xiàn)力，材料的使用的合理性，工藝制造的精湛程度等。從文化角度：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、習俗方面特征，結構個性特征等。
例題解析
【例l】 吊扇在啟動瞬間，吊桿的主要受力形式有( )
①拉力 ②壓力 ③剪切力 ④扭轉力
A．①④ B．①② C．①③ D．②③
（分析） 本題考查“構件受力的形式”。構件基本受力形式主要有拉力、壓力、剪切力和扭轉力等。拉力：物體所承受的拉拽力；壓力：擠壓物體的力；剪切力：兩個距離近、大小相等、方向相反且作用于同一物體上的平行力；扭轉力：反方向?qū)ξ矬w兩端均勻施力，使物體發(fā)生扭轉形變的力。很多時候，構件可能同時受到幾種不同形式的力的作用，吊扇在剛剛啟動的過程中，吊桿要克服吊扇的拉力、電扇啟動時產(chǎn)生的扭轉力。 答案：A
【例2】如圖是錢塘江大橋，從結構的形態(tài)來看，橫跨于兩個橋墩之間的橋梁所屬的結構類型是( )
A．實體結構 B．框架結構
C．殼體結構 D．組合結構
（分析）本題考查“結構的類型”。結構一般分為三種基本類型：實體結構、框架結構、殼體結構。大多數(shù)現(xiàn)代建筑物的結構是由若干種基本結構類型組合而成的。錢塘江大橋的橋墩是實體結構，橫跨橋墩之間的橋梁是框架結構。答案：B
【例3】 如圖所示為一張學生制作的小木凳。小木凳腳架之間采用的連接方式是( )
A．鉚接 B．鉸連接
C．榫接 D．焊接
答案：C
（分析）本題考查“構件連接的類型”。構件的連接類型比較多，金工有鉚接、焊接、膠接等；木工有榫接、釘接等；按連接后的活動效果．可分為鋼連接、鉸連接。小木凳的四支腳架由幾根橫木段通過榫接而成。
【例4】案例分析題 如圖Z-5-3，從結構強度的角度分析塑料板凳的凳腳設計成凹凸形狀而不是簡單的平直形狀。
[提示] 塑料板凳的凳腳設計成半凹凸形，主要是為了提高凳腳強度。
(分析) 本題考查“構件的強度與結構的形狀有關”。設計成凹凸形狀．抗壓強度提高。
自主練習
一、基本題
1．如圖所示是竹、木混合材質(zhì)的躺椅，其結構類型主要體現(xiàn)為( )
A．殼體結構 　　　 B．實體結構
C．框架結構 　　　 D．其他結構
2．一輛汽車停在一座橋上，橋梁承受來自汽車的( )
A．壓力 B．拉力 Ｃ．扭轉力 D．剪切力
3．一根材質(zhì)勻稱的木質(zhì)橫梁，長2．5m，截面規(guī)格為30cm×20cm，兩端架在相距為2m的支撐墻上．如按豎擺和橫擺兩種方式(如圖Z-5-5所示)擺放，則木質(zhì)橫梁的承重(上往下壓)能力( )
A．如甲圖所示豎擺方式承重大　　　　
B．如乙圖所示橫擺方式承重大
C．一樣大　
D．不確定
4．“康師傅”礦泉水的瓶子外形結構如圖甲所示，A、B兩處是礦泉水瓶殼的不同結構．A處有內(nèi)環(huán)圈，B處沒有。則A、B兩處抵抗外界向內(nèi)擠壓(如圖乙)的能力( )
A．A處比B處大
B．B處比A處大
C．不能確定
D．一樣大
5．一顆高4m、樹干直徑約10cm的樹移植到另一處，為了抵消外力對樹的影響，采用細鋼絲或竹竿固定，下列方法最不能達到目的是( )
A．用單根竹竿固定 B．用三根竹竿固定 Ｃ．用兩根鋼絲固定 D．用三根鋼絲固定
6. 如圖Z-5-7所示為可移動的籃球架，為了使籃球架前運動員更加安全，現(xiàn)需要增加穩(wěn)定性，實施有效穩(wěn)定性的方法有( )
A．增加底座后部面積
C. 底座后部加重
B. 減輕底座后部質(zhì)量
D．減少底面積
7．古塔一般為磚木結構，其結構穩(wěn)定性不是由下列因素決定的( )
A．塔基的面積 　 B．塔身高度
Ｃ．建造塔所用的材料 　 D．塔周圍風的大小
8．評價題　小明設計了一種日光燈的安裝方案，由于房間層高比較高．為安裝方便，小明采用懸吊方案，設計圖如右下圖所示．只用一個掛鉤，再通過尼龍繩與日光燈架連接。請指出該設計的不足之處．并提出改進方案。
9．試驗題 如下圖是學生用木材制作的衣帽架，連接方式有榫接、釘。根據(jù)設計要求，高度不低于lm，至少能掛四件衣服(每件約1kg)?，F(xiàn)在要測試其穩(wěn)定性，請設計一個測試方案。
10．分析題　過去農(nóng)村地區(qū)人們用木制水桶在深井打水，常常要在水桶口的邊緣綁上一個小重物，水桶降到水面時能自動側翻，方便水桶進水．請根據(jù)所學的知識從結構的穩(wěn)定性分析這一做法。
11．分析題 如圖所示是意大利比薩斜塔。該塔向南傾斜大約5.5°．這意味著斜塔第七層的柱子比第一層要探出大約4.5m，但它沒有倒塌。請分析比薩斜塔沒有倒塌的主要原因．
二、拓展題
12．農(nóng)用三輪車在轉彎時，由于支撐面積小，比四輪車更易側翻，為了保證行車安全，一般行駛中應該注意的是( )
A．盡量將物品放在兩側
B．盡量將重物擱在后面
Ｃ．彎道上快速行駛
D．彎道上放慢速度
13．材質(zhì)相同、長度相同、截面積相同，但截面形狀不同的直桿件，在桿件兩端分別施加拉力和壓力，則下列說法正確的是( )
A．抗拉能力一定不同，抗壓能力有可能不同
B．抗拉能力一定相同，抗壓能力有可能不同
C．抗拉能力一定不同，抗壓能力有可能相同
D．抗拉能力一定相同，抗壓能力一定相同
14．如圖為一衛(wèi)星整流罩的主視圖。衛(wèi)星整流罩的主要作用是保護衛(wèi)星不受外界影響．免受各種氣動力、氣動加熱的作用。從結構的類型來看，整流罩屬于( )
A．實體結構 B．殼體結構
C．框架結構 D．組合結構
15．如下靠上邊圖是一張四腳小方凳的直觀圖及視圖，由于天氣干燥，榫接部位松動，出現(xiàn)左右擺動，小明準備用方木條、鐵釘為原材料．進行加固．如下靠下邊圖所示，效果最好的方法是( )
　　　　　
16．如右圖．椅子的腳粗細不一，一個人坐上去之后，關于A、B兩處應力的
大小，下列說法正確的是( )
A． A處應力大．B處應力小
B．A處應力小，B處應力大
C． A、B兩處的應力一樣大
D．A、B兩處的應力大小不能比較
17．下列因素對鋼筋混凝土電線桿的穩(wěn)定性影響最大的是( )
A．電線桿的直徑 　　　　 B．電線桿在地面處的截面積
C．電線桿周邊風的大小 　 D．電線桿地下的深度
18．懸索橋上的繩索除了承受自身的重力外，主要是承受( )
A．壓力 　　　　 B．扭轉力 　　　 C．剪切力 　　　　 D．拉力
19．設計題　如圖所示，一個廠家生產(chǎn)的鐵質(zhì)軸承座的模型，該產(chǎn)品在工作時．軸承座上方圓柱孔受力較小，且孔的內(nèi)壁各處受力最大值相近。由于近年來鋼材價格猛漲，為降低原材料成本，請你對軸承座的結構進行優(yōu)化，并將優(yōu)化的方案用草圖表達。
20．分析題 大跨度承受壓力一般用“人”字形梁，其結構形狀如圖所示，主要由四個桿件AB、AC、BC和AD組成，A、B、C為結點。AD為鋼筋，桿件AB下方由螺栓擰緊。當A點承受向下的壓力時，分析“人”字形梁構件AB、BC所受的主要外力，說明哪個構件更適合用鋼筋。
21．分析題 如圖，路燈立柱與底盤接頭，試分析三角狀筋板的作用。
22．分析題　如圖．馬達通過皮帶帶動軸轉動，從力的角度．分析軸AB的主要作用。
專題五 結構與設計
1．C 2．A 3．A 4．A 5． A 6．C 7．D
8.由于日光燈與掛鉤之間不是采用鋼連接．且只有一個掛鉤，日光燈容易轉動，改進方案見右圖。
9．試驗方案可設計兩塊內(nèi)容：
(1)測試能否達到設計要求。，根據(jù)設計要求，衣帽架至少能掛四件衣服(約1 kg)，那么在各橫架外側至少應能掛上l kg以上的重物。在衣帽架上方各橫架外側掛
l kg重物，若翻倒，穩(wěn)定性差，達不到設計要求。
(2)測試衣帽架能否達到較高要求。如果測試能達到設計要求，那么可測試衣帽架能否達到更
高的穩(wěn)定性要求，如在各橫架外側掛5 kg的重物，看結果能否翻倒。
試驗內(nèi)容 試驗結果 穩(wěn)定性
1 在上方各橫架外側掛 l kg重物
2 在上方各橫架外側掛 5 kg重物
10在水桶口的邊緣綁上一重物，改變水桶重心，降低穩(wěn)定性，使水桶在水面易側翻。
11比薩斜塔不倒的主要原因是其重心的投影點還落在支撐面內(nèi)．其次斜塔本身具有一定的結構強度．可以抵抗因傾斜而造成的彎曲應力，
12 D 13．B 14．B 15．C 16 B 17 D 18 D
19．用最少的原材料．并達到設計要求，這是結構設計追求的日標。對軸承座的結構優(yōu)化，有多種方案，右圖是其中一例。
20.構件AB所受的主要外力是壓力，構件BC所受的主要外力是拉力；鋼筋抗拉能力強，大跨度抗壓能力差，故構件BC更適合用鋼筋。
21．電線桿與底盤采用剛連接，由于連接面積小，應力大，連接處容易斷裂。加三角狀筋板，主要是提高連接處的強度，更好地抵抗外力。
22．抵抗彎曲(抵抗皮帶上的拉力)；傳送扭轉力。

展開更多......

收起↑