第一单元、结构及其设计、第一节、常见结构的认识 课件（95ppt）

(共95张PPT)
任务一
感知丰富的结构
自然界中形形色色的结构
蜂巢
蜂巢由工蜂筑造
蜂巢的结构用材最少，容积最大
蜂房是六角形的，0.073毫米的巢壁，蜂房微微向内倾斜，排列成行，但彼此嵌合得天衣无缝，构成一个整体，牢固无比。重40克的蜂房，却能容纳2000克蜜蜂。
蜂巢的结构精巧又美观
人体结构图
恐龙骨骼
蜘蛛网
植物
海螺
雪
花
人造结构
故宫
长城
永定土楼
悉尼歌剧院
罗浮宫
金字塔
埃
菲
尔
铁
塔
希腊帕特农神庙（又称雅典娜神庙）
一、什么是结构？
结构是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列。
结构是普遍存在的，不同的事物往往有不同的结构。
承载遗传信息的DNA双螺旋结构
众多碱基对的排列,决定了各种生物的特性。
世界上任何事物都存在结构，结构多种多样且决定着事物存在的性质。
在自然界中，蜂巢、蜘蛛网、大树、动物的身体与器官等都有其特定的结构。
这些形形色色的结构给了人们无限的创造灵感和启示。
通过对自然界中结构的分析和研究，人们将其研究成果应用到技术领域，更好地服务于人类。
苍耳子与尼龙搭扣
橙子与悉尼歌剧院
?
话说1956年，澳洲政府向海外征集悉尼歌剧院设计方案，丹麦37岁的年轻建筑设计师约翰·乌特松跃跃欲试，但苦无灵感。一天他在吃早餐，边剥橙子边想方案，突然间发现，切开的橙子瓣竟然组合成一个很有趣的几何结构图。约翰·乌特松灵感大发，迅速完成了悉尼歌剧院的设计方案，寄了出去。
利用自然地形结构
水坑里竟然设计出
这样一座大酒店
上海松江有个100米深石场，还有一个小湖。
Atkins设计公司就在这里设计了一个22世纪风格的五星级的松江大酒店。建筑宏伟壮观，有一组瀑布状的玻璃幕墙，非常漂亮。这还是一座极为环保的建筑，整个酒店的屋顶种满绿草，石场为酒店提供了良好的温度控制。酒店总共能住1000位客人，他们可以享受酒店里的餐厅、咖啡厅、健身房、宴会厅、水下水族馆、会议厅、泳池、攀岩......
人类飞翔的梦想源于展翅高飞的鸟，鸟因为有它自由流畅的体形和翅膀结构，飞机原型源于飞鸟形体结构的仿生。
中国的大飞机在研制中
鹰眼
与导弹跟踪系统
生产生活中还有哪些产品的结构是受到自然界事物的启发而产生的?
蜂窝纸板
蜂窝式抽屉整理格
　以下电源机箱的六角形的散热孔来源于自然界什么结构？
在技术领域，产品的结构更是丰富多彩。
从历史悠久的石拱桥到气势宏伟的跨海大桥
从粉墙黛瓦的古朴民居到高耸人云的摩天大楼
从速度缓慢的古老马车到风驰电掣的“复兴号”动车组列车
从只能完成单一指令的简单机械手到具有发达“大脑”的智能机器人，都有特定的结构。
工程师之戒，戴上了这枚戒指就意味着要把自己的工作做到最好，它们时刻提醒工程师们，要具有高度的责任感去设计安全、牢固和有用的结构。
魁北克大桥坍塌带来的主要启示有：要具有高度的责任感去设计安全、牢固和有用的结构，在工程设计与施工中要有科学严谨的组织文化等。
美国塔科马海峡吊桥坍塌
美国明尼苏达州一座跨越密西西比河的公路桥07．8．１傍晚发生坍塌
07.8.13湖南湘西自治州凤凰县境内凤大公路(湖南凤凰至贵州铜仁大兴机场)堤溪段大桥突然垮塌
结构方面存在的一个小缺陷就可能导致重大事故的发生，因此，合理的结构是事物存在的基础，卓越的结构是设计者和制造者共同的追求。
卓越的结构是设计者和制造者共同的追求。
结构在社会领域也普遍存在着，例如人口结构、家庭结构、组织结构、城乡结构、区域结构等。
文章的内容结构影响文章的表达和质量
经济结构将影响国家经济的发展前景
人员的学历结构
企业的人员结构关乎企业的运行和效率
人员的职称结构
企业的人员结构关乎企业的运行和效率
08年湖南郴州50年来大雪灾，三位电力工人在进行抢修的时候因输电铁塔倒塌，牺牲了自己年轻的生命······
从力学角度来说,
结构是指可承受一定力的架构形态,
它可以抵抗能引起形状和大小改变的力。
任务二
认识结构的受力
每个物体都有它的特定的架构形态，这种架构形态体现着它的结构。
一个复杂的结构由许多不同的部分组成,这些组成部分通常称为构件。
。
例如
自行车的车轮由辐条、轮胎、车圈、花鼓等构件组成。
一个设计合理的结构应该能承受正常使用时外界的各种作用力，抵抗各种变形。因此，我们需要了解作用在结构上的各种力。
指出下例结构可以抵抗来自外界那些方面的作用力。
例如
建筑物的窗户
抵抗来自建筑物墙的正向和侧向的压力、风的作用力，及其自身的重力等
餐桌
硬纸包装箱
承受来自桌面物体的压力和它自身的重力等
承受箱内物体的重力、箱内物体向外的挤压力以及自身的重力等
分析结构的受力情况时，首先要清楚组成结构的构件受到哪些力的作用；其次要清楚在这些力的作用下，构件能否安全、可靠地工作，也就是对构件进行承载能力的分析。
根据构件的受力和变形的形式，我们可以将构件分为受拉、受压、受剪切、受弯曲、受扭转这五种基本形式。
拉力：物体所承受的拉拽力。
拔河！
拉面、
油条、
拉力器
构件受拉
压力：挤压物体的力。
趁热打铁！
订书机、
桥墩、
压路机
构件受压
剪
切
力：两个距离很近，大小相等，方向相反，且作用于同一物体上的平行的力。
修理草坪！
剪刀、钢丝钳
构件受剪切
弯曲力：作用于物体，使它产生
弯曲的力
钓
鱼！
弓、
撑杆
跳
高
构件受弯曲
扭转力：反方向向物体两端均匀施力，使物体发生扭转形变的力。
拧干衣服！
拧瓶盖
麻花条
构件受扭转
第1题：桐木条的主要形变是压缩形变。桐木条受到绳索挤压的力。
第2题：有可能会出现向侧面倾倒的情况。因为桐木条和底板之间没有连接，所以容易出现向侧面倾倒的情况。桐木条和底板之间可以采用榫接的方法，可以较好地解决这一问题。
折叠桌的横支撑杆受到桌板的压力，如果有外力作用在靠近桌板外侧边沿处，横支撑杆可能朝外侧发生弯曲形变。斜支撑杆主要受压。膨胀螺钉的固定是利用楔形斜度来促使膨胀管产生摩擦力，达到固定效果。螺钉一头是螺纹，一头有锥度，外面包一铁皮，铁皮圆筒一半有若干切口，把它们一起装进墙上钻好的孔里，然后拧紧螺母，螺母把螺钉往外拉，将锥度螺栓头拉人铁皮套筒，铁皮套筒被胀开，于是紧紧固定在墙洞里，不易脱落，因而采用膨胀螺钉安装比较可靠。
为了测试结构或构件能承受的力，各技术领域都有专门的设备。
如用于测试结构抗拉、抗压等特性的拉压测试仪，
用于测试和检测各种瓶盖开合的扭矩测试仪。
用于测试螺钉扭力的螺钉扭断力测试机等。
从力学角度看，结构是技术产品的力学架构形态，决定或影响结构功能的实现。
任务三
辨析结构的类型
结构的分类多种多样，从形态方面考虑，通常有实体结构、框架结构和壳体结构等基本类型。
1、实体结构
通常是指结构体本身是实心的结构。其受力特点是外力分布在整个体积中，如实心墙、大坝等。
实心墙
大坝
实体结构
三
峡
大
坝
2、框架结构
框架结构通常是指结构体由细长的构件组成的结构，其构件的几何特征是横截面尺寸比长度小得多，如铁架塔、建筑用脚手架、厂房的框架等。
铁架塔
建筑用脚手架
厂房的框架
书桌椅
书柜
框架结构
3、壳体结构
壳体结构通常是指层状的结构，其几何特征是厚度比长度和宽度小得多，如摩托车头盔、飞机外壳等。
摩托车头盔
飞机外壳
动车外壳
鸡蛋能承受较大的压力，这是由鸡蛋壳这一壳体结构的力学特点决定的。鸡蛋壳本身是具有一定刚性的薄壳结构，外形圆滑均匀，当外力作用在蛋壳上时，外力会被传导到整个壳体表面，受力面积增大，壳体内部所受应力减小，因而能承受较大的外部压力。
瓶盖的作用是使外力能较为均匀地分布在壳体表面，避免应力过于集中，导致局部应力过大而使蛋壳破裂。建筑及工业中广泛采用壳体结构的原因在于壳体结构自重轻，且能承受较大的外力。
壳体结构受力特点：外力作用在结构体的表面上，外力会被传导到整个壳体表面，受力面积增大，壳体内部所受应力减小，因而能承受较大的外部压力。
灯泡为何能承受如此大的力?
灯
泡
鸡蛋承载实验
想一想：为什么鸡蛋能够承受如此大的压力？
当我们给自行车轮胎打气，气压过大时，它的内胎才会爆炸！为什么呢？
分析结构受到外力的情况：
当一个结构受到外力作用时，内部各质点之间的相互作用会发生改变，产生一种抵抗外力与形变的力，称为内力。
内力反映了材料抵抗外力破坏的能力。
讨论强度问题，仅仅了解内力是不够的，如用相同的外力作用在两根材料相同、横截面积不同的绳子上，细的绳子更容易断开。
故还需要了解材料的单位横截面积上的内力。
应力就是构件的单位横截面上产生的内力，当应力达到某一极限时，结构就会遭到破坏。
F
S
F是内力，
Ｓ是受力面积，
σ
是应力。
σ
＝
读作西格玛
应力可以作为表示结构构件强度的基本指标。
在生产和生活实际中，很多物体的结构是由两种或两种以上的基本结构类型组合而成的。
如埃菲尔铁塔，它的塔基由实体结构组成，塔身由框架结构组成。
又如注塑成型的椅子，其座位是壳体结构，椅腿是框架结构。
想一想：学校体育馆都由那些基本结构组成？
建筑穹顶是组合结构
汽车框架是框架结构
拓展阅读
桥梁常见结构类型
在具体工程领域，根据领域的不同，结构有不同的分类方式。例如，在桥梁建筑中常见的结构类型有梁式结构、刚架结构、拱式结构、斜拉结构、悬索结构和组合结构等。
粱式桥
刚架桥
拱桥
斜拉桥
悬索桥
组合桥
第1题：这些凹槽为订书钉端面的导向滑槽，当订书钉受到挤压时，脚端沿凹槽方向滑动，发生弯曲形变，完成订书工作。
第2题：这三种头盔折叠方法不尽相同。第一种的中间主骨架和其他骨架之间采用可转动的铰连接实现折叠；第二种是安全帽的前后部分采用铰连接实现折叠；第三种是采用柔性材质连接，实现伸缩折叠。
这些折叠方法对安全帽的安全性能均有一定的影响，第一种为镂空设计，没有抗穿刺能力，左右方向的侧向刚较差；第二种前后的侧向刚性较差；第三种主要构件通过柔性材质连接，受到局部撞击时，力不能传导到所有构件表面，不能有效分散撞击的外力。这三种安全帽的安全性能不如一体成型的安全帽好。