常见结构的认识（52张幻灯片）
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文档简介
(共88张PPT)
技术与设计1
技术与设计2
技术与设计1、2的联系和区别
“技术与设计1”是通用技术课程的导入模块，也是技术与设计的基础学习内容，模块中的设计以产品设计为依托，从问题的发现开始，经过设计方案的制定、原型与模型的制作、方案的优化，直到最终方案的确定，形成了一个完整的设计过程。它强调的是对技术的理解和对设计过程的把握。
“技术与设计2”则是在“技术与设计1”基础上的深化学习内容，它以“结构与设计”“流程与设计”“系统与设计”“控制与设计”这4个具有典型意义的、与技术发展密切相联系的主题为内容展开。强调的是学生技术思想和方法的形成，创新意识和能力的培养。
“结构与设计”强调从力学的角度理解结构、结构的强度和稳定性等问题，关注简单的结构设计；
“流程与设计”强调对流程和流程优化的理解，以及简单流程和流程改进的设计；
“系统与设计”则重在对系统的理解，以及运用系统的思想解决一些生活中问题的设计；
“控制与设计”应注重理解控制的涵义和控制的应用，以及生活生产中的简单控制系统的设计。
结构与设计
常见结构的认识
悉尼歌剧院与悉尼大桥
埃及金字塔
比萨斜塔
中国长城
赵州桥
蜂巢
结构多种多样且决定着事物存在的性质
如何理解“结构决定事物存在的性质？”
是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列。
结构：
构件：结构的各组成部分
自然界中物体的结构：鸟巢、蜂巢、蜘蛛网、大树、动物的身体与器官等；
技术领域中的结构
案例分析
苍耳子与尼龙搭扣
鸟与飞机
鹰眼与导弹跟踪系统
社会领域中的结构：人员结构、一篇文章的结构、一堂课、一首歌等……
无处不在的结构
蜂巢
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
尼龙搭扣与 苍耳子
鹰眼与导弹跟踪系统
鹰眼与导弹跟踪系统
鹰可以在几千米的高空准确无误地辨别地面上的动物，这是因为它的眼部结构比较特殊。人类每只眼睛的视网膜上都有一个凹 槽，叫做中央凹。而老鹰眼中的中央凹却有两个，这两个中央凹的作用不同，其中一个专门用于接收来自鹰头侧面物体的像，另一个用于接收来自鹰头前方物体的像。这样，老鹰的视觉范围就宽多了，能兼顾前方和侧面。根据鹰眼的结构，人们正在研制“鹰眼”导弹系统。这种导弹系统能自动寻找、识别目标并跟踪攻击。
阅读案例：魁北克大桥的坍塌。
这座大桥本该是美国著名设计师特奥多罗·库帕的一个真正有价值的不朽杰作。库帕曾称他的设计是“最佳、最省的，自我陶醉于他的设计，在没有对桥梁的关键部位做相应加固的情况下，擅自将原来的500m的桥长延长到了600m，以成为当时世界上最长的桥。桥的建设速度很快，施工组织也很完善。正当投资修建这座大桥的人士开始考虑如何为大桥剪彩时，人们忽然听到一阵震耳欲聋的巨响——大桥的整个金属结构垮了：19000吨钢材和86名建桥工人落入水中，只有11人生还。
阅读案例：魁北克大桥的坍塌。
分析大桥坍塌的原因是什么？
设计师擅自改变桥的结构。
为什么改变桥的结构会造成塌陷呢？
因为，不合理的结构会使结构或材料所受到的外力超过其承受的极限。
结构与力
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。
结构的功能本质：为了承受力，抵抗变形。
物理学与通用技术研究力的角度不同,物理学往往研究外力,把物体当质点,哪怕是地球,在研究它绕太阳转动时,仍把它当作质点。
而技术学则关注一个物体内部受力情况。
内力和应力
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, 产生一种抵抗的力 , 称为内力。
应力是构件的单位横截面上所产生的内力。
用公式表示应力为：σ =F/s, （σ读音Sigma ）其中 ,F 是内力 ,S 是受力面积 , σ是应力。
内力如何抵抗外力图示1
压力
内力抵抗压力
左拉力
右拉力
右内力抵抗左拉力
左内力抵抗右拉力
内力如何抵抗外力图示2
内力如何抵抗外力图示3
右压力
左压力
右内力抵抗右压力
左内力抵抗左压力
P5马上行动：
指出下列结构可以抵抗来自外界哪些方面
的作用力：
建筑物的窗户：
课桌：
硬纸包装箱：
抵抗来自建筑物墙体的正向和侧向的压力、风的作用力，及其自身的重力
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
一根筷子和一把筷子的故事
古代有几兄弟经常打架，父亲就给他们现身说法：一根筷子容易被人折断，两根筷子还是容易折断，三根筷子有点难……十根筷子就折不断了。从此，几兄弟便团结起来。
试解释，为何一根筷子容易断，多根筷子不易断？
一根筷子的截面积小，所受应力就大；多根筷子一起，截面积变大了，所受应力就小了
物理学的拉力
摩擦力
物体在运动之前，摩擦力随着拉力增大而增大，但达到最大静摩擦力时，就不会再增大了，如果拉力再增大，物体就会运动。
摩擦力与拉力关系示意图
外力相当于拉力，内力相当于摩擦力
不发生变形时，内力随外力增大而增大，但达到一个最大值后，就不会再增大了。内力有一个最大值。此时，如果外力再增大，就会破坏结构。
当外力大于内力的最大值，或者结构受到的应力大于容许应力时，结构就会被破坏。
外力
内力
当结构中任一部分的应力达到材料的某种极限值时, 结构就会遭到破坏。
练习：
已知结构的容许应力为50 N/cm2，截面积为4 cm2，外力冲击产生的内力为180N，请问结构会被破坏吗？
（解法1） 180/4＝45 N/cm2，小于容许应力，所以不会被破坏
（解法2）4*50N/cm2＝200N，外力小于内力的最大值，所以不会被破坏。
结构受力分析
分解成结构构件 基本上，要分析一个结构体，必须先将复杂的结构体，分为许多小的结构构件, 再一一地将它分析出来。
构件的基本受力形式：受拉、受压、受剪切、受扭转和受弯曲。
构件受到拉力和压力的作用
构件受到弯曲力的作用
若一个物体承受与之垂直的负荷时，一般称其为梁。受此一负荷后梁必会产生弯曲现象。
构件受到扭转力的作用
当构件承受外力作用时，其一部分发生滑动或剪断之倾向时，即会产生剪切力。
两个距离很近、大小相等、
方向相反、
作用于同一物体上的平行力
1.受拉
2.受压
3.受剪切
4.受扭转
5.受弯曲
请连线，把左右对应的项目连接起来：
A.构件承受使之产生弯曲的力
B.构件承受两个矩离很近，大小相等，方向相反的平行力
C.构件承受使之被挤压的力
D.构件承受拉拽力
E.构件两端承受方向相反的均匀的力，使它发生扭转形变
P6 马上行动
主要受力分析
秋千的吊索，主要承受
桥梁的桥墩，主要承受
汽车方向盘的轴，主要承受
单杠的杠体（上面的横杠）主要受
吊扇旋转，吊杆主要受
拉力
压力
扭转力
扭转力和拉力
弯曲力
知识回顾
结构的定义：事物的各个组成部分之间的有序搭配和排 列。
结构的本质：承受力，抵抗变形
应力是构件的单位横截面上所产生的内力。σ =F/s
结构所受力的类型：拉力、压力、弯曲力、剪切力、扭转力 。
提问:梁只是由混凝土材料构成的吗
一般的构件都受到多种力的同时作用。
压力
拉力
根据物体结构形态在受力时承受和传递力的方式差别
实体结构
框架结构
壳体结构
结构
结构的分类
实体结构
通常是指结构体本身是实心的结构。
如墙壁、柱子、实心球、橡皮等等。
长
城
锤
子
砧
板
实体结构的受力特点如何？
外力分布在整个体积中，利用自身来承受荷载，主要承受压力。
框架结构
通常是指结构体本身由细长的构件组成，支撑空间却不充满空间。
如窗户、画框、房子的框架等等。
建筑框架
框架结构
埃
菲
尔
铁
塔
框架结构的受力特点如何？
既能承受竖向重力的荷载，也能承受水平方向的荷载
壳体结构
壳体结构通常是指层状的结构。
如贝壳、头盔、汽车飞机的外壳等等。
壳体结构
中国国家大剧院
帐篷
壳体结构的受力特点如何？
外力作用在结构体的表面，通过壳体来传递力和承受荷载，特别是当顶部受到压力时，它能将力均匀扩散。
组合结构
物体结构 实体结构 框架结构 壳体结构 组合结构 受力特点
栅栏
圆形陶瓷装饰品
冰山
高层建筑的穹顶
钢化玻璃锅盖
竹排
汽车外壳
人的头盖骨
古罗马斗兽场
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壳体结构的受力特点如何？
外力作用在结构体的表面，通过壳体来传递力和承受荷载，特别是当顶部受到压力时，它能将力均匀扩散。
练习：当出现交通事故时，摩托车手的头盔是如何避免外力对头骨的撞击的？
摩托车手头盔的某一部位受到一个大的撞击力，由于头盔的壳体结构，使得所受力迅速分布到其表面，形成整个头盔表面均匀受力，而不是某一点受很大的力……
技术与设计1
技术与设计2
技术与设计1、2的联系和区别
“技术与设计1”是通用技术课程的导入模块，也是技术与设计的基础学习内容，模块中的设计以产品设计为依托，从问题的发现开始，经过设计方案的制定、原型与模型的制作、方案的优化，直到最终方案的确定，形成了一个完整的设计过程。它强调的是对技术的理解和对设计过程的把握。
“技术与设计2”则是在“技术与设计1”基础上的深化学习内容，它以“结构与设计”“流程与设计”“系统与设计”“控制与设计”这4个具有典型意义的、与技术发展密切相联系的主题为内容展开。强调的是学生技术思想和方法的形成，创新意识和能力的培养。
“结构与设计”强调从力学的角度理解结构、结构的强度和稳定性等问题，关注简单的结构设计；
“流程与设计”强调对流程和流程优化的理解，以及简单流程和流程改进的设计；
“系统与设计”则重在对系统的理解，以及运用系统的思想解决一些生活中问题的设计；
“控制与设计”应注重理解控制的涵义和控制的应用，以及生活生产中的简单控制系统的设计。
结构与设计
常见结构的认识
悉尼歌剧院与悉尼大桥
埃及金字塔
比萨斜塔
中国长城
赵州桥
蜂巢
结构多种多样且决定着事物存在的性质
如何理解“结构决定事物存在的性质？”
是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列。
结构：
构件：结构的各组成部分
自然界中物体的结构：鸟巢、蜂巢、蜘蛛网、大树、动物的身体与器官等；
技术领域中的结构
案例分析
苍耳子与尼龙搭扣
鸟与飞机
鹰眼与导弹跟踪系统
社会领域中的结构：人员结构、一篇文章的结构、一堂课、一首歌等……
无处不在的结构
蜂巢
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
尼龙搭扣与 苍耳子
鹰眼与导弹跟踪系统
鹰眼与导弹跟踪系统
鹰可以在几千米的高空准确无误地辨别地面上的动物，这是因为它的眼部结构比较特殊。人类每只眼睛的视网膜上都有一个凹 槽，叫做中央凹。而老鹰眼中的中央凹却有两个，这两个中央凹的作用不同，其中一个专门用于接收来自鹰头侧面物体的像，另一个用于接收来自鹰头前方物体的像。这样，老鹰的视觉范围就宽多了，能兼顾前方和侧面。根据鹰眼的结构，人们正在研制“鹰眼”导弹系统。这种导弹系统能自动寻找、识别目标并跟踪攻击。
阅读案例：魁北克大桥的坍塌。
这座大桥本该是美国著名设计师特奥多罗·库帕的一个真正有价值的不朽杰作。库帕曾称他的设计是“最佳、最省的，自我陶醉于他的设计，在没有对桥梁的关键部位做相应加固的情况下，擅自将原来的500m的桥长延长到了600m，以成为当时世界上最长的桥。桥的建设速度很快，施工组织也很完善。正当投资修建这座大桥的人士开始考虑如何为大桥剪彩时，人们忽然听到一阵震耳欲聋的巨响——大桥的整个金属结构垮了：19000吨钢材和86名建桥工人落入水中，只有11人生还。
阅读案例：魁北克大桥的坍塌。
分析大桥坍塌的原因是什么？
设计师擅自改变桥的结构。
为什么改变桥的结构会造成塌陷呢？
因为，不合理的结构会使结构或材料所受到的外力超过其承受的极限。
结构与力
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。
结构的功能本质：为了承受力，抵抗变形。
物理学与通用技术研究力的角度不同,物理学往往研究外力,把物体当质点,哪怕是地球,在研究它绕太阳转动时,仍把它当作质点。
而技术学则关注一个物体内部受力情况。
内力和应力
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, 产生一种抵抗的力 , 称为内力。
应力是构件的单位横截面上所产生的内力。
用公式表示应力为：σ =F/s, （σ读音Sigma ）其中 ,F 是内力 ,S 是受力面积 , σ是应力。
内力如何抵抗外力图示1
压力
内力抵抗压力
左拉力
右拉力
右内力抵抗左拉力
左内力抵抗右拉力
内力如何抵抗外力图示2
内力如何抵抗外力图示3
右压力
左压力
右内力抵抗右压力
左内力抵抗左压力
P5马上行动：
指出下列结构可以抵抗来自外界哪些方面
的作用力：
建筑物的窗户：
课桌：
硬纸包装箱：
抵抗来自建筑物墙体的正向和侧向的压力、风的作用力，及其自身的重力
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
一根筷子和一把筷子的故事
古代有几兄弟经常打架，父亲就给他们现身说法：一根筷子容易被人折断，两根筷子还是容易折断，三根筷子有点难……十根筷子就折不断了。从此，几兄弟便团结起来。
试解释，为何一根筷子容易断，多根筷子不易断？
一根筷子的截面积小，所受应力就大；多根筷子一起，截面积变大了，所受应力就小了
物理学的拉力
摩擦力
物体在运动之前，摩擦力随着拉力增大而增大，但达到最大静摩擦力时，就不会再增大了，如果拉力再增大，物体就会运动。
摩擦力与拉力关系示意图
外力相当于拉力，内力相当于摩擦力
不发生变形时，内力随外力增大而增大，但达到一个最大值后，就不会再增大了。内力有一个最大值。此时，如果外力再增大，就会破坏结构。
当外力大于内力的最大值，或者结构受到的应力大于容许应力时，结构就会被破坏。
外力
内力
当结构中任一部分的应力达到材料的某种极限值时, 结构就会遭到破坏。
练习：
已知结构的容许应力为50 N/cm2，截面积为4 cm2，外力冲击产生的内力为180N，请问结构会被破坏吗？
（解法1） 180/4＝45 N/cm2，小于容许应力，所以不会被破坏
（解法2）4*50N/cm2＝200N，外力小于内力的最大值，所以不会被破坏。
结构受力分析
分解成结构构件 基本上，要分析一个结构体，必须先将复杂的结构体，分为许多小的结构构件, 再一一地将它分析出来。
构件的基本受力形式：受拉、受压、受剪切、受扭转和受弯曲。
构件受到拉力和压力的作用
构件受到弯曲力的作用
若一个物体承受与之垂直的负荷时，一般称其为梁。受此一负荷后梁必会产生弯曲现象。
构件受到扭转力的作用
当构件承受外力作用时，其一部分发生滑动或剪断之倾向时，即会产生剪切力。
两个距离很近、大小相等、
方向相反、
作用于同一物体上的平行力
1.受拉
2.受压
3.受剪切
4.受扭转
5.受弯曲
请连线，把左右对应的项目连接起来：
A.构件承受使之产生弯曲的力
B.构件承受两个矩离很近，大小相等，方向相反的平行力
C.构件承受使之被挤压的力
D.构件承受拉拽力
E.构件两端承受方向相反的均匀的力，使它发生扭转形变
P6 马上行动
主要受力分析
秋千的吊索，主要承受
桥梁的桥墩，主要承受
汽车方向盘的轴，主要承受
单杠的杠体（上面的横杠）主要受
吊扇旋转，吊杆主要受
拉力
压力
扭转力
扭转力和拉力
弯曲力
知识回顾
结构的定义：事物的各个组成部分之间的有序搭配和排 列。
结构的本质：承受力，抵抗变形
应力是构件的单位横截面上所产生的内力。σ =F/s
结构所受力的类型：拉力、压力、弯曲力、剪切力、扭转力 。
提问:梁只是由混凝土材料构成的吗
一般的构件都受到多种力的同时作用。
压力
拉力
根据物体结构形态在受力时承受和传递力的方式差别
实体结构
框架结构
壳体结构
结构
结构的分类
实体结构
通常是指结构体本身是实心的结构。
如墙壁、柱子、实心球、橡皮等等。
长
城
锤
子
砧
板
实体结构的受力特点如何？
外力分布在整个体积中，利用自身来承受荷载，主要承受压力。
框架结构
通常是指结构体本身由细长的构件组成，支撑空间却不充满空间。
如窗户、画框、房子的框架等等。
建筑框架
框架结构
埃
菲
尔
铁
塔
框架结构的受力特点如何？
既能承受竖向重力的荷载，也能承受水平方向的荷载
壳体结构
壳体结构通常是指层状的结构。
如贝壳、头盔、汽车飞机的外壳等等。
壳体结构
中国国家大剧院
帐篷
壳体结构的受力特点如何？
外力作用在结构体的表面，通过壳体来传递力和承受荷载，特别是当顶部受到压力时，它能将力均匀扩散。
组合结构
物体结构 实体结构 框架结构 壳体结构 组合结构 受力特点
栅栏
圆形陶瓷装饰品
冰山
高层建筑的穹顶
钢化玻璃锅盖
竹排
汽车外壳
人的头盖骨
古罗马斗兽场
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壳体结构的受力特点如何？
外力作用在结构体的表面，通过壳体来传递力和承受荷载，特别是当顶部受到压力时，它能将力均匀扩散。
练习：当出现交通事故时，摩托车手的头盔是如何避免外力对头骨的撞击的？
摩托车手头盔的某一部位受到一个大的撞击力，由于头盔的壳体结构，使得所受力迅速分布到其表面，形成整个头盔表面均匀受力，而不是某一点受很大的力……