【課件】穩(wěn)固結(jié)構(gòu)的探析 結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)與功能+課件高中通用技術(shù)蘇教版（2019）必修《技術(shù)與設(shè)計(jì)2》

1.2

穩(wěn)固結(jié)構(gòu)的探析結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)1.3

結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)與功能思考

請觀察下面兩種磚頭堆法哪一種會(huì)壘的更高，并談?wù)勂渚売?。為什么廣告牌東倒西歪？摩托車、三輪車翻到？物體受到外力作用，原有的平衡狀態(tài)被打破而出現(xiàn)的不穩(wěn)定現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性(Stability)：是指結(jié)構(gòu)在負(fù)載的作用下維持其原有平衡狀態(tài)的能力。它是結(jié)構(gòu)的重要性質(zhì)之一。1.結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性馬上行動(dòng)

重力風(fēng)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(yàn)，簡要說明原因？物體受到的外力不穩(wěn)定的主要原因重心偏高，風(fēng)太大馬上行動(dòng)

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(yàn)，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底座不夠重，重心偏高。馬上行動(dòng)

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(yàn)，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。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與什么因素有關(guān)？想一想：影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素不倒翁為何不倒呢？重心低獨(dú)腳茶幾為何能穩(wěn)定？茶幾高度設(shè)計(jì)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)定性的主要因素為何比薩斜塔出現(xiàn)傾斜后沒有立刻倒掉呢？塔體重心的垂點(diǎn)位于塔的底座范圍內(nèi)。影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素

遼寧瑞州古塔，現(xiàn)存塔身高10米，塔身向東北方向傾斜12度，塔尖水平位移1.7米。該塔建成之后雖幾經(jīng)地震與洪水破壞，卻始終斜而不倒，堪稱奇跡。

小資料：中國的斜塔因素一：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(diǎn)的垂線落在結(jié)構(gòu)底面的范圍內(nèi)，就是穩(wěn)定的，不會(huì)出現(xiàn)傾倒。影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素高塔為什么一般上面很小，下端面積很大？把啤酒瓶（礦泉水瓶）倒立為什么容易到？影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素結(jié)構(gòu)與地面接觸所形成的支撐面的大小。支撐面越大越穩(wěn)定，越小越不穩(wěn)定。因素二：結(jié)構(gòu)的底座影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素為什么大壩的橫截面總是建成梯形的？

為什么許多課桌椅的支撐腳要做成往外傾斜？照相機(jī)、攝像機(jī)為什么用三角架支撐而不用四角架？五角架……？屏風(fēng)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)定性的主要因素結(jié)構(gòu)的形狀不同，其穩(wěn)定性也不同。兩條腿的板凳能穩(wěn)定嗎？有三條腿，但在同一直線上能穩(wěn)定嗎？因素三：結(jié)構(gòu)的形狀影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素案例分析單腳支撐支撐腳與地面的接觸點(diǎn)A與前、后輪與地面的接觸點(diǎn)B、C構(gòu)成三點(diǎn)支撐，在地面形成△ABC。靜態(tài)的自行車是如何保持穩(wěn)定的？ABC自行車的重心能否落在△ABC內(nèi)取決于單腳支撐架的傾斜度。在一定范圍內(nèi)，支撐架與地面的夾角越小（自行車的車身越斜），△ABC的面積越大，自行車的重心越容易落在三角形內(nèi)，穩(wěn)定性越好。影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素馬上行動(dòng)

電動(dòng)自行車常見的一種支撐形式如圖，請分析：支撐點(diǎn)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(diǎn)與前輪與地面的接觸點(diǎn)構(gòu)成的三角形中前輪著地，后輪不受力影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素生活中我們有這樣的經(jīng)驗(yàn)，一個(gè)物體要有三個(gè)支撐點(diǎn)才能穩(wěn)定，如果只有兩個(gè)就會(huì)倒下。但是我們也看到過這樣的現(xiàn)象：影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素靜止時(shí)傾倒高速旋轉(zhuǎn)立起來物體在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中和在靜止?fàn)顟B(tài)中穩(wěn)定條件是不同的。影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素探究自行車在騎動(dòng)時(shí)，只有兩個(gè)支撐點(diǎn)，卻不會(huì)倒下的原因？一個(gè)旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)軸所指的方向在不受外力影響時(shí)，是不會(huì)改變的。車輪轉(zhuǎn)的越快越不容易倒，因?yàn)檐囕S有一股保持水平的力量。另外，人在反復(fù)練習(xí)后，掌握了隨時(shí)平衡車體平穩(wěn)的能力也是一個(gè)比較重要的原因。影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性在日常生活中有著廣泛的應(yīng)用，一方面人們利用穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)抵抗外力、承受負(fù)載，另一方面又利用不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)實(shí)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(yù)報(bào)地震。影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素推拉式防盜門/窗思考這些建筑只是因?yàn)槿狈Ψ€(wěn)定性嗎？如果一個(gè)體重200斤左右的人坐在兒童小板凳上，還用力搖晃，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？板凳壞人跌倒2.結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度是指結(jié)構(gòu)具有的抵抗被外力破壞的能力。以上兩例屬于物體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不夠（抵抗不住外力的破壞）穩(wěn)定性是物體保持平衡狀態(tài)的能力，強(qiáng)度是結(jié)構(gòu)不被外力破壞的能力。強(qiáng)度與穩(wěn)定性的聯(lián)系與區(qū)別一、關(guān)于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的概念內(nèi)力：當(dāng)物體受到外力作用時(shí),內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)之間的相互作用發(fā)生改變,產(chǎn)生一種抵抗外力與形變的力.

應(yīng)力：構(gòu)件單位橫截面積上產(chǎn)生的內(nèi)力.公式：

當(dāng)應(yīng)力達(dá)到某一極限值時(shí)（容許應(yīng)力）,結(jié)構(gòu)就會(huì)遭到破壞。σ讀做“西格瑪”【中文名】：σ【外文名】：sigma【屬于】：希臘字母【漢語譯音】：為“西格瑪馬上行動(dòng)根據(jù)你的生活經(jīng)驗(yàn)填寫下表。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上不斷加掛相同質(zhì)量的重物沿著垂直于中心線的方向撞擊一根完整的鋼管與同樣的方法撞擊一根中間有焊接縫的鋼管脆性塑料易斷中間有焊接縫的鋼管易壞不同材料的抗拉性能不同構(gòu)件的連接方式不同影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的主要因素2.使用的材料1.結(jié)構(gòu)的形狀3.構(gòu)件之間的連接方式影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的主要因素1.結(jié)構(gòu)的形狀

三角形是框架結(jié)構(gòu)中最基本的形狀之一,它結(jié)實(shí)、穩(wěn)定，所用材料最少。影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的主要因素在長方形或六邊形的框架中間，加上支撐構(gòu)件，構(gòu)成三角形，就可以大大增加它的牢固程度。法國蓬皮杜藝術(shù)中心1.結(jié)構(gòu)的形狀小試驗(yàn)試驗(yàn)?zāi)康模簻y試不同截面形狀的構(gòu)件做成的懸梁的強(qiáng)度試驗(yàn)準(zhǔn)備：剪貼周長相同、截面分別為三角形、圓形、正方形紙筒各一個(gè)，重物若干。試驗(yàn)過程：1、分別將不同形狀的紙筒的一端固定在桌子上，形成懸梁結(jié)構(gòu)。2、分別在不同形狀的紙筒的另一端懸掛相同質(zhì)量的重物，并依次不斷加相同質(zhì)量的重物，觀察結(jié)果影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的主要因素三個(gè)周長相同、截面分別為三角形、圓形、正方形的紙筒哪個(gè)可以承受更大的力？影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的主要因素

相同材料，相同截面積，不同截面形狀的構(gòu)件強(qiáng)度不同。1.結(jié)構(gòu)的形狀影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的主要因素“拱形結(jié)構(gòu)”的歷史起源生活在中生代的巨型爬行動(dòng)物恐龍，身長約20m，身高4～8m，體重達(dá)30～40t。這么一個(gè)龐然大物要走動(dòng)覓食，生存下去，四肢必須承受相當(dāng)大的負(fù)荷。如果恐龍不具備合理的力學(xué)結(jié)構(gòu)，諾大的身軀就會(huì)被壓塌。專家們發(fā)現(xiàn)，恐龍巨大的身軀、長頸和粗長尾巴的重心在腰部，整個(gè)身體的上部猶如一座拱橋。從力學(xué)角度看，它的確是一種承受巨大負(fù)荷的理想結(jié)構(gòu)造型，這便是建筑史上的“拱形結(jié)構(gòu)”的歷史淵源。結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與材料有關(guān)VS紙杯鋼杯影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的主要因素2.結(jié)構(gòu)的材料影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的主要因素目前很多橋梁都是使用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，它的好處是什么？一個(gè)堅(jiān)固的梁的材料必須具有好的抗拉力、壓力、剪切力和扭曲力的性能?；炷亮汉屑庸啼摻睿炷辽瞄L抗壓力，而鋼筋擅長抗拉力，它們共同形成了非常牢固的結(jié)構(gòu)。影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的主要因素是指通過一定的連接物將構(gòu)件組成整體結(jié)構(gòu)。不同的材料有不同的連接方式。連接方式不同，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度也不同。鉸連接剛連接3.結(jié)構(gòu)的連接按構(gòu)件之間能否移動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)分：影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的主要因素鉸連接：被連接的構(gòu)件在連接處不能相對移動(dòng)，但可以相對轉(zhuǎn)動(dòng)，具體有松螺栓、松鉚等。3.結(jié)構(gòu)的連接影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的主要因素剛連接：被連接的構(gòu)件在連接處不能相對移動(dòng)，也不能相對轉(zhuǎn)動(dòng)，具體有榫接、膠接、焊接等。榫接3.結(jié)構(gòu)的連接膠接焊接練習(xí)：在自行車各部件之間的連接中剎車連桿之間屬于_____連接；鉸練習(xí)：在自行車各部件之間的連接中輻條與鋼圈之間屬于______連接剛練習(xí)：在自行車各部件之間的連接中三角架屬于_____連接；剛影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的主要因素比較圖中同一結(jié)構(gòu)的幾種連接方式，分析哪種連接方式的強(qiáng)度最大，哪種連接方式的強(qiáng)度最小。榫接強(qiáng)度較大結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定

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(dǎo)致功能的改變。2.結(jié)構(gòu)與功能多功能削皮器瑞士軍刀多功能起子課堂小結(jié)一、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的三個(gè)因素：重心位置、支撐面積的大小和結(jié)構(gòu)的形狀二、結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的三因素：結(jié)構(gòu)的形狀、結(jié)構(gòu)的材料與連接方式三、結(jié)構(gòu)與功能【例1】

(2016·10月浙江選考)如圖所示為鋼筋混凝土橫梁的受力變形示意圖。由于混凝土擅長抗壓力，而鋼筋擅長抗拉力，為了合理利用鋼筋，下列對橫梁的分析正確的是(

)A.上部彎曲的程度比下部大，應(yīng)在上部布置粗鋼筋，下部布置細(xì)鋼筋B.上下部都彎曲，應(yīng)在上部和下部布置相同的鋼筋C.上部受壓,下部受拉,應(yīng)在上部布置細(xì)鋼筋,下部布置粗鋼筋D.上部受拉,下部受壓,應(yīng)在上部布置粗鋼筋,下部布置細(xì)鋼筋答案

C4、如圖所示為一款機(jī)械手。在力F作用下，拉桿通過連桿帶動(dòng)夾持手繞著銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)，將工件夾緊。連桿和夾持手的主要受力形式是(

)A.連桿受拉、夾持手受彎曲B.連桿受壓、夾持手受壓C.連桿受壓、夾持手受彎曲D.連桿受彎曲、夾持手受彎曲C

[本題考查的是受力形式分析。對于夾持手來說，以中間的銷軸為支撐點(diǎn)，連桿和工件對它施加了同一方向的力，所以是受彎曲；對于連桿來說，兩頭的銷軸所施加的力主要是向中間的，所以連桿是受壓。][變式2]

(2017·4月衢麗湖舟聯(lián)考)如圖所示為我國傳統(tǒng)木工工藝中的一種榫接結(jié)構(gòu)。已知構(gòu)件的橫截面尺寸均為100mm×100mm，以下關(guān)于構(gòu)件2的結(jié)構(gòu)方案中合理的是(

)答案

B【例2】如圖所示是一款創(chuàng)意三輪車葡萄酒瓶架。若要提高它的穩(wěn)定性，有效的改進(jìn)措施是(

)A.增加瓶筐材料的直徑B.縮短前后輪的距離C.增大兩后輪的直徑D.增大兩后輪的間距答案D[變式1]

(2017·4月紹興一模)如圖是腳踏式垃圾桶內(nèi)部杠桿示意圖，腳踩在踏桿A點(diǎn)通過中間的支點(diǎn)作用，使得C點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)，從而使連桿BC打開垃圾桶蓋。在打開垃圾桶蓋時(shí)，下列對桿件主要受力形式分析中正確的是(

)A.踏桿AC受彎曲，連桿BC受拉B.踏桿AC受壓，連桿BC受彎曲C.踏桿AC受彎曲，連桿BC受壓D.踏桿AC受壓，連桿BC受拉答案

C[變式5]小劉家的長木凳凳腳與凳板間的連接處出現(xiàn)了松動(dòng)，以下加固方法中，既美觀又有效的是(

)解析本題考查簡單結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。選項(xiàng)A、D在凳子側(cè)面用鐵釘固定木條的方法欠缺美觀，而B、C相對較好；另外凳腳與凳板間松動(dòng)用一根鐵釘加固強(qiáng)度不夠，連接處容易轉(zhuǎn)動(dòng)，效果不好。選項(xiàng)C的榫接效果較好。

答案C楔（xie）：填充器物的空隙使其牢固的木片、木釘?shù)萚變式3]

(2017·4月浙江選考)如圖所示是一種手動(dòng)沖壓機(jī)，扳動(dòng)手柄，通過連桿帶動(dòng)壓桿運(yùn)動(dòng)。下列關(guān)于該沖壓機(jī)的分析中，正確的是(

)A.壓桿只能上下移動(dòng)，不能轉(zhuǎn)動(dòng)，壓桿與機(jī)座之間的連接屬于剛連接B.沖壓時(shí)連桿受壓C.沖壓機(jī)重心的垂線偏離支撐面中心，提高了沖壓時(shí)的穩(wěn)定性D.手柄上施加力F時(shí)，壓桿向上運(yùn)動(dòng)答案

C經(jīng)典結(jié)構(gòu)的欣賞最有代表性的八大中國民居建筑1、永定土樓永定土樓由客家人所建，是客家文化的象征，以分布廣、數(shù)量多、品類豐富、保存完好而著稱。福建土樓的造型、裝飾和建造工藝世所罕見，永定縣高頭鄉(xiāng)高北村的承啟樓是福建土樓的代表，已被列人世界文化遺產(chǎn)名錄。地址：福建省龍巖市永定縣2、南靖土樓南靖土樓遍布漳州市下面幾個(gè)縣的土樓，因其造型奇特、設(shè)計(jì)巧妙、規(guī)模宏大而被譽(yù)為“神話般的山區(qū)建筑”。成千上萬的南靖土樓堪稱“土樓王國”，在這里，最高的和貴樓、最大的順裕樓、保存最完好的懷遠(yuǎn)樓等都是值得一看的土樓代表。地址：福建省漳州市南靖縣書洋鎮(zhèn)3、千戶苗寨西江千戶苗寨是由十余個(gè)依山而建的自然村寨相連成片，中國最大的苗族聚居村寨。苗族“原始生態(tài)”文化在這里完整地保存著，千戶苗寨灑落在群山之間，夜晚萬家燈火，更是雄偉壯觀。這里就像是一個(gè)露天博物館一樣，了解苗族歷史和文化，體驗(yàn)少數(shù)民族風(fēng)情的必來之地。地址：貴州省黔東南苗族侗族自治州雷山縣東北部4、開平碉樓開平碉樓，是中國鄉(xiāng)土建筑的一個(gè)特殊類型，是中國勞動(dòng)人民智慧與創(chuàng)新的結(jié)晶。開平碉樓的獨(dú)特之處在于不同風(fēng)格不同宗教以及中西方的建筑元素在這里和諧的融合。著名的電影《讓子彈飛》也在這里取景過，開平碉樓已被列為世界文化遺產(chǎn)。地址：廣東省江門開平市五五五縣道5、哈尼族村落哈尼村落建于崇山峻嶺中，巧妙和諧地融入