探究结构2018

第二节第二节 探究结构探究结构稳定性与强度稳定性与强度通用技术制作想一想？哪到底什么样的结构是稳定的，什么样的结哪到底什么样的结构是稳定的，什么样的结构又是不稳定的？构又是不稳定的？如何不借助其他物品让一个鸡蛋竖立在光滑的桌面上?一、结构与稳定性1、结构的稳定性 结构在荷载的作用下维持其原有平衡形式的能力。它是结构的它是结构的重要性质之一。重要性质之一。台风过后的灾害台风过后的灾害 打破原有的平衡状态出现了不稳定现象打破原有的平衡状态出现了不稳定现象 探究：不倒翁为什么不倒？不倒翁为什么会不倒翁为什么会不倒？如果在它不倒？如果在它脖子上挂上一定脖子上挂上一定数量的铁环，它数量的铁环，它还会不倒吗还会不倒吗？结论一结论一：上述例子让我们得出什么结论？（影响结构的稳定性的因素）重心的高低影响结构的稳定性。重心的高低影响结构的稳定性。重心越低重心越低,稳定性越好稳定性越好;重心越高重心越高,稳定性越差。稳定性越差。大 坝课桌椅木雕圆桌、圆凳木雕圆桌、圆凳 受地面积大受地面积大 摆放稳定摆放稳定仔细观察它们有何特点仔细观察它们有何特点?结论二：结构与地面接触所形成的支撑面的大小影响结构结构与地面接触所形成的支撑面的大小影响结构的稳定性。的稳定性。支撑面越大越稳定，越小越不稳定。支撑面越大越稳定，越小越不稳定。（区别支撑面和接触面）（区别支撑面和接触面）接触面与支撑面的区别接触面接触面是物体与地面接触形成的面。支撑面支撑面是物体与地面接触形成支撑的点的连线与地面构成的面。接触面支撑面结构稳定性的基本条件结构稳定性的基本条件：重心所在点的垂线应落在结：重心所在点的垂线应落在结构构支撑面支撑面内。内。【思考思考】比萨斜塔为何斜而不倒比萨斜塔为何斜而不倒？重心所在重心所在点的垂线点的垂线落在结构落在结构支撑面内支撑面内探究三：怎样让一本书更好地直立在桌面上？临时摆放的屏风为什么摆成字型，而不摆成临时摆放的屏风为什么摆成字型，而不摆成一字型？一字型？结论三：书的直立让我们得出什么结论呢？结构或构件的形状影响其稳定性。链接生活现象：请同学们想一想生活中有哪些事例是运用请同学们想一想生活中有哪些事例是运用改变结构形状来增加稳定性？改变结构形状来增加稳定性？总结：影响结构稳定性的主要因素：1、重心位置的高低2、结构与地面接触所形成的支撑面的大小3、结构的形状 在拥挤的公共汽车上已没有座位，你必在拥挤的公共汽车上已没有座位，你必须站着，而扶手你让给了旁边的老人，须站着，而扶手你让给了旁边的老人，你在公共汽车上要如何才能保持自己不你在公共汽车上要如何才能保持自己不会被摔倒？会被摔倒？人们利用梯子可以登高。请分析人们利用梯子可以登高。请分析A字形梯载人时字形梯载人时能稳定的原因，如果没有梯子中间的拉杆将会怎能稳定的原因，如果没有梯子中间的拉杆将会怎么样？么样？观察一下静止状态观察一下静止状态的单车如何保持平的单车如何保持平衡衡?自行车骑起来时，只有两个支自行车骑起来时，只有两个支撑点，为什么不会倒下呢？撑点，为什么不会倒下呢？知识拓展 结构的稳定性在日常生活中有着广泛的运用，在很多时候我们利用稳定的结构抵抗外力、承受负载，另一方面有时也利用不稳定来为我们生活提供便利。例如：例如：1、用倒置的啤酒瓶预报地震、用倒置的啤酒瓶预报地震2、在水桶的一边挂上重物打水、在水桶的一边挂上重物打水二、结构的强度二、结构的强度（一）基本概念（一）基本概念1、内力内力：构件在外力作用下会变形，同时构件内构件在外力作用下会变形，同时构件内部各质点之间的相互作用力发生了改变，这种作部各质点之间的相互作用力发生了改变，这种作用力的改变称作内力。用力的改变称作内力。2、应力应力：构件单位截面面积上所受的内力。构件单位截面面积上所受的内力。=N/A应力，应力，N内力，内力，A截面面积截面面积3、强度强度：构件和材料抵抗破坏的能力。构件和材料抵抗破坏的能力。4、应力和强度的关系应力和强度的关系：用应力来衡量强度，应力：用应力来衡量强度，应力一定，变形就小，抗变形能力就大。一定，变形就小，抗变形能力就大。（二）（二）影响结构强度的几个主要因素影响结构强度的几个主要因素结构的形状结构的形状使用的材料使用的材料构件之间的连接方式构件之间的连接方式结构外部形状结构外部形状结构的横截面形状结构的横截面形状铰连接铰连接刚连接刚连接1 1、使用的材料、使用的材料结构的强度与材料有关结构的强度与材料有关纸杯钢杯塑料杯混凝土材料混凝土材料 使用钢筋混凝土结构的好处是什么？使用钢筋混凝土结构的好处是什么？使用钢筋混凝土结构的好处是什么？使用钢筋混凝土结构的好处是什么？混凝土抗压性能较好，而抗拉能力就比钢筋要小得多。因此在制造时可在梁的受拉区放置钢筋，组成钢筋混凝土梁，在这种梁中，钢筋受拉，混凝土受压钢筋受拉，混凝土受压，它们合理组成一个整体，共同承担载荷的作用。2、结构的形状、结构的形状:三角形结构结实、稳定，所用三角形结构结实、稳定，所用材料最少。材料最少。A字形梯不采用铝合金薄片，字形梯不采用铝合金薄片，而采用长方形截面的构件。说而采用长方形截面的构件。说明构件截面的形状影响着结构明构件截面的形状影响着结构的强度。的强度。注意：结构形状对强度的影响有两点，注意：结构形状对强度的影响有两点，一是结构的外一是结构的外部形状，二是结构的横截面形状部形状，二是结构的横截面形状。相同材料，相同截面积，不同截面形状的构件强度不相同材料，相同截面积，不同截面形状的构件强度不同。同。彩虹桥坍塌后的惨状 坍塌原因：彩虹桥的主要受力拱架钢管焊接不合格，坍塌原因：彩虹桥的主要受力拱架钢管焊接不合格，存在严重缺陷，个别焊缝有陈旧裂痕。存在严重缺陷，个别焊缝有陈旧裂痕。构件连接处的强度是影响整个结构强度和稳定性的重构件连接处的强度是影响整个结构强度和稳定性的重要因素。构件连接处的强度取决于它的连接方式、连接技要因素。构件连接处的强度取决于它的连接方式、连接技术和连接处的牢固程度等。术和连接处的牢固程度等。坍塌前的彩虹桥3 3、构件之间的连接方式：、构件之间的连接方式：铰连接：铰连接：被连接的构件在连接处被连接的构件在连接处不能相对移动，但可相对转动。不能相对移动，但可相对转动。具具体有松螺栓、松铆等。体有松螺栓、松铆等。刚连接：刚连接：被连接的构件在连接处被连接的构件在连接处既不能相对移动，也不能相对转既不能相对移动，也不能相对转动。动。具体有榫接、胶接、焊接、铆接、螺接具体有榫接、胶接、焊接、铆接、螺接等。等。结构构件的连接通常有以下两类：结构构件的连接通常有以下两类：结构构件的连接通常有以下两类：结构构件的连接通常有以下两类：结构的连接是指通过一定的连接物将构件组成结构的连接是指通过一定的连接物将构件组成整体结构。整体结构。铰接铰接伞骨间伞骨间的连接的连接铆接铆接金属框架连接金属框架连接不易焊接铝板连不易焊接铝板连接接螺栓和螺栓和螺母螺母榫接榫接榫接榫接胶接胶接黏接黏接金属材料与其他材料的联接，金属材料与其他材料的联接，有间隙存在的金属件之间的连接，补修有间隙存在的金属件之间的连接，补修金属件的破损金属件的破损锡焊锡焊电焊电焊气焊气焊焊接电路板电子元件焊接电路板电子元件连接铜（铁）材料的小连接铜（铁）材料的小型件型件连接承受强度较大金属连接承受强度较大金属件件连接受力大金属件连接受力大金属件自行车车架的连接自行车车架的连接从材料方面考虑从材料方面考虑，吊兰的三角，吊兰的三角形支架使用的是钢管而不是木形支架使用的是钢管而不是木条或塑料，是因为钢管抗拉性条或塑料，是因为钢管抗拉性能好。能好。从材料形状方面考虑从材料形状方面考虑，吊兰用，吊兰用的是三角形支架而不是其它形的是三角形支架而不是其它形状是因为三角形结构结实、稳状是因为三角形结构结实、稳定，所用材料最少。定，所用材料最少。从连接方式考虑从连接方式考虑，吊兰的三角，吊兰的三角形支架的构件是焊接的而不是形支架的构件是焊接的而不是捆绑的，是因为这种连接方式捆绑的，是因为这种连接方式更牢固。更牢固。吊兰支撑架的强度吊兰支撑架的强度想一想：扭绞的绳子为什么不容易拉断？拔河用的绳扭绞的绳子为什么不容易拉断？拔河用的绳子为什么要做成这个样子？子为什么要做成这个样子？有的矿泉水瓶上有若干凸起的横向纹路，它有的矿泉水瓶上有若干凸起的横向纹路，它的作用是什么？的作用是什么？结构的变化可能导致功能的变化三、结构与功能残疾人专用电动车残疾人专用电动车雨伞与拐杖一把撑开的雨伞，是通过伞的骨架和伞面的受力以实现遮风挡雨功能的，而收起的伞则可以通过伞的主干骨受力实现拐杖的功能。巩固测试：巩固测试：1 1、我们常用的A形梯不直接采用铝合金片，而用长方形截面的铝合金构件，这说明影响结构强度的是（）A.构件截面的形状 B.材料 C.重心的高低 D.连接方式2 2、空调的外机支架通常采用三角形结构，而不用一根直杆挑起的结构，这说明以下哪个因素影响着结构强度（）A.材料 B.形状 C.构件 D.连接方式3 3、分别在一根竹竿和一根同样尺寸的脆性塑料杆上不断加挂相同质量的重物，竹竿比脆性塑料杆能挂更多重物而不会断裂，这可表明下列那项影响结构的强度（）A.材料 B.结构的形状 C.构件横截面形状 D.构件的连接方式 ABA4、房子、桥梁的衍架大多数是由多个三角形构成的。这是运用了三角形的什么原理 （）A.三角形简单 B.三角形美观C.三角形用料少 D.三角形稳定5、2010年高考题：结构的形状会影响其强度和稳定性。下列水库坝体结构抵抗水作用最强的是（）DC比一比比较左图中同一结构的几种连接方式,请预言哪种连接方式的强度更好。小试验小试验:材料清单：材料清单：一次性筷子若干根，硬纸板，钩码一盒活动任务：搭廊桥活动任务：搭廊桥1、依据示意图用筷子搭建一座廊桥2、在搭好的桥上放一张硬纸板，然后在纸板上放钩码；观察比较廊桥载重量与桥的稳定性有什么关系。讨论与交流：观察比较廊桥载重量与桥的稳定性有什么关系。讨论与交流：观察比较廊桥载重量与桥的稳定性有什么关系。理解“在一定范围内，拱形廊桥载重越多越稳定的科学内涵”。泰顺廊桥的结构原理：廊桥结构的基本组合单元是六根杆件，纵向四根、横向两根，平面呈“井”字形。利用受压产生的摩擦力，构件之间越压越紧。这种结构，不用钉铆，只需用相同规格的杆件，别压穿插，搭接而成。从力学上分析，上端的纵梁压在横梁上，横梁又压在相对一根纵梁上，上下两根纵梁夹住一根横梁，摩擦力使得横梁不能滑动，结构简单而奇妙，这种结构，整体为拱形结构，因此沿拱心线整体受压，不会产生弯矩，就每一根杆件来说，又是最简单的简支梁，承受两种集中荷载。桥的构件统一，无特殊，异形的构件，伐下的树木只需经少量人工即可制成合格构件，而且，装卸方便，拆桥时可以做到不损构件，且可重复利用。小杆件便于运输，用小构件形成大跨度，经济合理。“虹桥结构”有很好的受压性能，只要两端固定，桥就能很好地承受向下的荷载，由于结构的特殊，桥受到向上的反弹力，就很容易失稳遭受破坏。为此，泰顺的虹桥都采用了廊桥这种形式，桥上建廊屋非但不是负担，反而增加了稳定性。每当山洪爆发时，当地居民将家中最重的物体或大石头搬到桥上来增加桥的稳定性。木拱桥以较短的木材，通过纵横相贯，犹如彩虹飞架宽阔水面，其巧妙的结构，令人惊叹！