第一章 结构及其设计 课件(共94张PPT)-2022-2023学年高中通用技术苏教版（2019）必修《技术与设计2》

(共94张PPT)
结构及其设计
流程及其设计
系统及其设计
控制及其设计
§1.1常见结构的认识
感知丰富的结构 | 认识结构的受力 | 辨析结构的类型
通用技术
必修二
无处不在的结构
无处不在的结构
无处不在的结构
结构就是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列。
房孔有序地排列在一起构成了蜂窝的结构
实用、节省材料、
密合度高、空间大
承受力强……
蜂窝结构有什么特点？
蜂窝结构应用
尼龙搭扣
苍耳子
仿生设计
仿生设计
野草
锯条
仿生设计
鸟类飞行
直升机飞行
生活生产中还有哪些产品的结构是受到自然界事物结构的启发而产生的呢？
自然界
技术领域
蜘蛛网、蜂窝、大树、贝壳、雪花、动物的身体与器官……
汽车、桥、房子、铁锤、台灯、家具、飞机、动车、潜水艇、书架……
社会领域
文章结构、人员结构、城乡结构……
关于结构
世界上任何事物都存在结构
结构影响着产品的性质和功能
魁北克大桥
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的重要追求。
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。
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。
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。
一个较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。
结构与力
结构与力
技术学关注的是一种力，是多个力量形成的合力展现的效果，即状态变化。
受剪切
受压
受扭转
受弯曲
受拉
结构的受力特点
拉力
压力
剪切力
扭转力
拉 力
构件两端承受沿轴线方向的拉力
结构的受力特点
拉力
压力
剪切力
扭转力
弯曲力
构件两端承受沿轴线方向的压力
结构的受力特点
拉力
压力
剪切力
扭转力
弯曲力
剪 力
切
构件承受两个作用线相距很近、
大小相等、方向相反的力
结构的受力特点
拉力
压力
剪切力
扭转力
弯曲力
弯 力
曲
在通过构件轴线的平面内，
承受垂直于构件轴线的外力或外力偶的作用。
力偶是大小相等、方向相反，但作用线不在同一直线上的一对力
结构的受力特点
拉力
压力
剪切力
扭转力
弯曲力
扭 力
转
构件两端受到两个在垂直于轴线平面内的力偶作用，两力偶大小相等，转向相反。
马上行动
拉 力 物体所承受的拉拽力 （状态是膨胀）
压 力 物体受到挤压的力 （状态是收缩）
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力 （状态是断裂趋势）
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 （状态是扭转）
弯曲力 作用于物体 ,使它产生弯曲的力 （状态是弯曲）
如图所示为钢筋混凝土横梁的受力变形示意图。由于混凝土擅长抗压力,而钢筋擅长抗拉力。为了合理利用钢筋,下列对横梁的分析中正确的是（ ）
A.上部弯曲的程度比下部大,应在上部布置粗钢筋,下部布置细钢筋
B.上、下都受弯曲,应在上部和下部布置相同的钢筋
C.上部受压,下部受拉,应在上部布置细钢筋,下部布置粗钢筋
D.上部受拉,下部受压,应在上部布置粗钢筋,下部布置细钢筋
C
下图中，平台和阳台的加固钢筋位置安装合理的是（ ）
A
瓶盖扭矩测试仪
抗压测试仪
螺钉扭断力测试仪
各种仪器
从力学构架与形态方面考虑，结构可分为实体结构、框架结构和壳体结构。
结构的类型
实体结构是指结构体本身是实心的结构。
受力特点：外力分布在整个体积中
从力学构架与形态方面考虑，结构可分为实体结构、框架结构和壳体结构。
结构的类型
框架结构是指结构体由细长的构件组成的结构。
受力特点：既能承受竖向重力荷载，也能承受水平方向的荷载。
从力学构架与形态方面考虑，结构可分为实体结构、框架结构和壳体结构。
结构的类型
壳体结构通常是指层状的结构。
受力特点：外力分布在结构体的表面上
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。
结构的类型
C
★小结
B
五种受力形式
C
结构的分类
A
什么是结构？
指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列。从力学的角度来说，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
主要分为受拉、受压、受剪切、受弯曲、受扭转这五种基本形式
框架结构、实体结构、壳体结构、组合结构
1、某结构的受力特点是，外力均匀作用在结构体的表面，这种结构属于（ ）
A.实体结构 B.框架结构
C.混合结构 D.壳体结构
2、用打气筒给自行车打气时，打气筒活塞杆的受力形式是（ ）
A.始终为拉力 B.始终为压力
C.下压时为压力 D.上提时为压力
D
C
练一练
3、下列四个椅子，其中杆件受拉的是(　　)
D
练一练
4、如图所示的汽车举升机，其升降臂可托住汽车底盘，并提升汽车，以便汽车底部的检查维护。升降臂的主要受力形式是(　　)
A．受拉
B．受弯曲
C．受扭转
D．受压
B
b6
练一练
5、如图所示是一款钣金剪的结构示意图。在加力杆上施加力F时，以下构件的主要受力形式是(　　)
A．连杆受拉、加力杆受弯曲
B．连杆受压、加力杆受弯曲
C．连杆受拉、加力杆受压
D．连杆受压、加力杆受压
A
练一练
6、如图所示为一款机械手。在力F作用下，拉杆通过连杆带动夹持手绕着销轴转动，将工件夹紧。连杆和夹持手的主要受力形式是(　　)
A．连杆受拉、夹持手受弯曲
B．连杆受压、夹持手受压
C．连杆受压、夹持手受弯曲
D．连杆受弯曲、夹持手受弯曲
C
练一练
7.如图所示的千斤顶，转动螺杆能够把汽车顶起。在放下过程中，螺杆的主要受力形式为(　　)
A．受拉、受剪切
B．受压、受弯曲
C．受拉、受扭转
D．受压、受剪切
C
练一练
顶起
8.如图所示是一款平衡吊，吊臂为平行四边形结构，能在铅垂面内运动。在图示位置，构件1、构件2的主要受力形式是(　　)
A．构件1受拉，构件2受弯曲
B．构件1受拉，构件2受拉
C．构件1受弯曲，构件2受拉
D．构件1受弯曲，构件2受压
D
练一练
9.如图所示为一款壁灯。当杆1与杆2成90°时，杆1与杆2的主要受力形式是(　　)
A．杆1受弯曲，杆2受弯曲、受扭转
B．杆1受压，杆2受压、受拉
C．杆1受压，杆2受压、受扭转
D．杆1受弯曲，杆2受弯曲、受拉
A
练一练
10.如图所示的创意书架，两端的支承柱固定在墙上，弹性织带套在两支承柱上，中间用一块木板撑起。下列受力分析中正确的是(　　)
A．支承柱受拉、织带受拉、木板受扭转
B．支承柱受弯曲、织带受压、木板受弯曲
C．支承柱受压、织带受拉、木板受剪切
D．支承柱受弯曲、织带受拉、木板受压
D
练一练
11.空调外机通过三角架和膨胀螺丝固定在墙面上，如图所示，上面的这一颗膨胀螺丝的受力形式为（ ）
A．受拉、受压 B. 受压、受弯曲
C．受拉、受剪切 D. 受扭转、受弯曲
C
练一练
12.如下图所示为起重机上吊钩的受力示意图，其中销钉和连杆的主要受力形式是(　　)
A．受拉；受剪切
B．受剪切；受拉
C．受压；受弯曲
D．受扭转；受拉
B
练一练
13.如图所示的上肢牵引健身器，由拉环、铁索、连杆、立柱等组成，可进行多方向牵引运动。当使用者双手向下拉动拉环时，铁索、连杆的主要受力形式为(　　)
A．受拉、受弯曲
B．受压、受弯曲
C．受扭转、受弯曲
D．受压、受扭转
A
练一练
14.如图吊车中所示构件的主要受力形式是(　　)
A．构件1受拉、构件2受弯曲、构件3受压
B．构件1受压、构件2受弯曲、构件3受拉
C．构件1受拉、构件2受压、构件3受弯曲
D．构件1受弯曲、构件2受拉、构件3受压
A
练一练
15.如图所示的手摇式晾衣架，通过顺时针摇动手柄升高晾衣架的高度。在顺时针摇动时，下列针对各部件的受力形式分析中正确的是(　　)
A．钢丝受压、转轴受扭转、直柄受剪切
B．钢丝受弯曲、转轴受扭转、直柄受压
C．钢丝受拉、转轴受扭转、直柄受弯曲
D．钢丝受拉、转轴受压、直柄受弯曲
C
练一练
16.如图所示为移动投影机支架，支撑结构类似于伞骨。以下对构件主要受力形式分析正确的是(　　)
A．竖杆受压、支撑脚受弯曲、连杆受弯曲
B．竖杆受扭转、支撑脚受压、连杆受压
C．竖杆受剪切、支撑脚受拉、连杆受弯曲
D．竖杆受压、支撑脚受弯曲、连杆受拉
D
练一练
17.如图所示为一款路灯，其横杆与立柱之间采用铰连接，一段悬挂路灯，另一段由斜杆加以固定，此时横杆与斜杆的受力形变形式分别为(　　)
A．横杆受弯曲， 斜杆受拉
B．横杆受弯曲 ，斜杆受压
C．横杆受拉 ，斜杆受拉
D．横杆受拉 ，斜杆受压
A
练一练
受力形式 特点
受拉 方向背向，在同一直线的为受拉
受压 方向相向：
（1）在同一直线的为受压
（2）不在同一直线且错开距离较大的为受弯曲
（3）不在同一直线，稍微错开一点的为受剪切
受弯曲 受剪切 受扭转 有360°旋转的为受扭转
整体思路 1.先确定研究对象，从物理的角度分析它受到哪些力作用，再看它在这些力的作用下发生怎样的形变，然后根据形变确定受力形式
2.受力分析看构件的变化效果，首先从最好确定的构件受力形式入手进行判断，结合排除法多次判断
3.根据题干推测结构的运动方式，在脑中形成动态图
解题方法 去除法 去掉某个构件，先分析其他构件的受力形式变化，然后再确定该构件的受力形式
对比法 利用时间跨度上的两个不同状态进行对比，分析构件的变化趋势，从而确定受力形式
模型法 整合常见的结构与结论，多作用点且有垂直分力受弯曲，二力杆只能受拉或受压，绳模型只能受拉
§1.2稳固结构的探析
探析结构的稳定性 | 探析结构强度
通用技术
必修二
结构的稳定性是指结构在荷载的作用下维持其原有平衡状态的能力。
结构的稳定性
真实情境
探析结构稳定性的影响因素
重心
起重机为什么能保持稳定？
结构重心的位置影响着结构的稳定性
起重机的质量达几百吨，且重心很低，所以在较大的荷载作用下也能保持稳定。
通过降低重心以提高稳定性的实例？
有些产品在使用过程中重心很高，这些产品怎样保持稳定的呢？
重心
结构重心的位置高低影响结构稳定性的结论成立是有条件的，条件是：
结构重心所在点的垂线是否落在结构底面的范围内，落在底面范围内就是稳定的，反之就会不稳定。
重心
真实情境
如果重心的垂足落在结构的支撑面内，就是稳定的，不会倾倒。
对于一个处于静止状态的结构而言，
不倒翁的原理
探析结构稳定性的影响因素
两个纸杯平放在桌上，哪个纸杯更稳定？为什么？
结构与地面接触所形成的支撑面影响着结构的稳定性
右侧纸杯稳定性更好
这与结构底座有关，底座支撑面积越大，结构越稳定
探析结构稳定性的影响因素
哪种形状更稳定？
结构的形状不同，其稳定性也不同。
试分析A字形梯载人时能稳定的原因以及横梁的作用
重心高低
支撑面大小
结构形状
重心落在支撑面内
探析结构稳定性的影响因素
D
C
B
如图所示，自行车在单脚支撑杆的支撑下保持稳定，如果不断地扩大支撑杆与自行车之间的夹角θ，结果是（ ）
例题
A . 支撑面越来越大，结构越来越稳定
B . 重心越来越低，结构越来越稳定
C . 稳定性从差逐渐变好，又从好逐渐变差
D . 稳定性从好逐渐变差，又从差逐渐变好
C
悬臂结构
桁架结构
桁架：一种由杆件彼此在两端用铰链连接而成的结构，一般具有三角形的平面或空间结构。
结构的强度指结构具有的抵抗被外力破坏的能力。
结构的强度
内力与应力
内力：
一种抵抗外力与形变的力。
受力面积
应力：
构件在单位截面积上所产生的内力。
应力可以作为表示结构构件强度的基本指标。
△内力与应力
应力与应变曲线
真应力与应变曲线
△内力与应力
探究结构强度的影响因素
结构的形状影响结构的强度
悬臂梁强度与截面形状试验
△工字形结构
探究结构强度的影响因素
结构的材料影响结构的强度
广岛椅
悬臂椅
潘顿椅
材料与结构强度具有密切的关系，因此在设计过程中应注意挖掘材料特性所带来的新结构的可能
探究结构强度的影响因素
结构的连接方式影响结构的强度
按构件间能否转动
铰连接
刚连接
结构的连接方式
动连接
静连接
连接的零部件有相对运动
连接的零部件不允许产生相对运动
可拆连接
不可拆连接
无需毁坏任一零件就可拆开
至少要毁坏连接中的某一部分才能拆开
探析结构强度的影响因素
形状
材料
连接方式
注意与稳定性形状的区分
C
C
§1.3结构功能的实现
感悟结构与功能的关系 | 欣赏经典结构的案例
通用技术
必修二
你们用的伞具有什么功能？
挡雨
遮阳
为什么会有这些功能？
各种各样的伞
除了防淋湿和防晒外，人还有什么需求？
需求
方便携带
折叠
功能
高效
自动开合
防打湿
反向折叠
大
双人撑伞
……
……
功能是需求的体现
——活动一：研究伞骨折叠结构
需求 功能 结构
方便携带 折叠 伞骨
微折雨伞，用线条代替伞骨，简单绘制伞骨结构草图，并讨论以下问题。
问题①:分析撑伞时伞骨结构中黑色杆件和银色杆件的结构区别及其受力情况。
问题②:根据正向折叠结构，设计反向折叠结构。
功能实现需要相应的结构
思考：如图所示，折叠结构中杆件上卡扣的功能是什么？
——活动二：研究自动开合结构
功能 结构
自动收伞 伞骨
手柄开关
外部弹簧
1.观察伞的结构，针对自动收伞功能讨论以下问题。
问题①:自动收伞功能涉及到哪些结构？
问题②:上题中的这些结构在功能实现中起着什么作用？
功能实现需要相应的结构
思考：分析弹簧结构的受力形式及其功能
功能 结构
自动开伞 伞骨
手柄开关
绳子
……
——活动二：研究自动开合结构
问题①:自动开伞功能涉及到哪些结构？
2.观察伞的结构，针对自动开伞功能讨论以下问题。
功能实现需要相应的结构
请大家在伞打开的情况下拉动滑块，并仔细观察绳子的运动。
问题②：如何实现开伞时滑块上移？
结构与功能的关系
安全性：结构在正常使用时能承受可能出现的各种荷载。
适用性：结构在正常使用时具有良好的工作性能
耐久性：结构在规定环境条件下和预定的设计使用年限内，能保持结构正常使用
练一练
D
经典结构赏析
飞檐
技术角度：飞檐由斗拱承托，纯木结构，没用一钉一铆，具有扩大了采光面，有利于排泄雨水的功能。
文化角度：飞檐向外伸和向上的屋角，使十分庞大、高耸的屋顶显得格外生动而轻巧。
§1.4简单功能的设计
分析结构设计应考虑的主要因素
通用技术
必修二
结构设计的目标和要求
单元小结