Transcript 常见结构的认识
《技术与设计2》 全 书 知 识 结 构 第一单元 结构与设计 第二单元 流程与设计 第三单元 系统与设计 第四单元 控制与设计 第一单元 一 结构与设计 常见结构的认识 授课班级：高一（5）班 授课教师：孔旭松 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...... 松江大酒店 利用自然地形结构 水坑里竟然设计出这样一座大酒店 1 无处不在的结构 结构:是指事物的各个组成部分之间的有 序搭配和排列。 世界上任何事物都存在着结构，结构多 种多样决定着事物存在的性质。 自然界中的各种结构—— 蜂 巢 蜂巢由一个个排列整齐 的六棱柱形小蜂房组成，每 个小蜂房的底部由3个相同的 菱形组成，这些结构与近代 数学家精确计算出来的—— 菱形钝角109°28’，锐角 70°32’完全相同，是最节 省材料的结构，且容量大、 极坚固，令许多专家赞叹不 止。人们仿其构造用各种材 料制成蜂巢式夹层结构板， 强度大、重量轻、不易传导 声和热，是建筑及制造航天 飞机、宇宙飞船、人造卫星 等的理想材料。 自然界中的各种结构—— 蜘 蛛 网 自然界中的各种结构—— 恐龙 自然界中的各种结构—— 自然界中的各种结构—— 苍蝇的复眼包含4000个可独立成像的单眼，能看清几乎 360度范围内的物体。在蝇眼的启示下，人们制成了由 1329块小透镜组成的一次可拍1329张高分辨率照片的蝇 眼照像机，在军事、医学、航空、航天上被广泛应用。 自然界中的各种结构—— 雪 花 自然界中的各种结构—— 科罗拉多大峡谷 雅鲁藏布大峡谷 自然界中的各种结构—— 树 技术领域的一些结构—— 希腊帕特农神庙 （又称雅典娜神庙） 埃及金字塔 万里长城 技术领域的一些结构—— 中 央 电 视 台 新 大 楼 上 海 环 球 金 融 中 心 技术领域的一些结构—— 明石大桥位于本州岛与四国之间， 主跨1991米（960+1991+960）， 全长3910米， 技术领域的一些结构—— 社会领域的一些结构—— 抽象的结构如文学类的小说、诗词等，人 员结构、计算机方面的数据结构等…… 一篇文章的内容结构影响文章的表达与质量, 一家企业的人员结构关乎企业的运行与效率。 为什么要学习结构？ 结构与技术设计之间存在着怎 样的联系？ 苍耳子 与尼龙搭扣 一年生草本，三角状卵形，先端锐尖，基部心形。 边缘有缺刻或3～5浅裂，有不规则粗锯齿，两面有 粗毛；生于荒地、山坡等干燥向阳处。分布于全国 各地。 案例1 案例2 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。 鸟与飞机 案例3 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。 马上行动（P03） 生产和生活中还有哪些产品的机构是受自 然界事物结构的启发而产生的？ 技术领域中，产品的结构丰富多彩，结 构影响着产品的性质和功能，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。 [阅读]：魁北克大桥的坍塌（P04）， 并分析大桥坍塌的原因 1900年，连接加拿大Winnipeg市和Moncton市的魁 北克大桥开始修建，这座桥横跨圣劳伦斯河，是加拿大国 家横贯大陆铁路的一部分，然而就在这座桥即将竣工之际， 悲剧发生了。1907年8月29日下午5点32分，即将建成 的大桥突然倒塌，当场造成了至少75人死亡，多人受伤。 事故调查显示，这起悲剧是由工程师在设计中一个小的计 算失误造成的。1913年，这座大桥的建设重新开始，然 而不幸的是悲剧于1916年9月再次发生。，1917年，在 经历了两次惨痛的悲剧后，魁北克大桥终于竣工通车，这 座桥至今仍然是世界上最长的悬臂跨度大桥。 1922年，在魁北克大桥竣工不久，加拿大的七大工程 学院一起出钱将建桥过程中倒塌的残骸全部买下，并决定 把这些亲临过事故的这些钢材打造成一枚枚戒指，发给每 年从工程系毕业的学生。然而由于当时技术的限制，桥梁 残骸的钢材无法被打造戒指。于是这些学院只好用其它钢 材代替。不过为了体现是代表桥坍塌的残骸，戒指被设计 成被扭曲的钢条形状，用来纪念这起事故和在事故中被夺 去的生命。于是，这一枚枚戒指就成为了后来在工程界闻 名的工程师之戒(Iron Ring)。这枚戒指要戴在小拇指 上，作为对每个工程师的一种警示。 结构影响着它们 的性质和功能,结构 方面存在的一个小问 题也许就会导致重大 事故的发生。 魁北克大桥 由于技术范围研究的结构是实实在在的 结构，一定会受到力的作用，所以结构是 否合理必须从力学角度来分析，下面我们 就来探究结构与力的关系。 2 结构与力 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 形态和大小改变的力。 每个物体都有它特定的架构形态，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 分通常称构件。 各种各样的结构——人类创造 抵抗来自建筑物墙的正向 承受来自桌面物 和侧向的压力、风的作用 指出下例结构可以抵抗来自 体的压力和它自 马上行动 力，及其自身的重力等外界那些方面的作用力。 身的重力等 餐桌 建筑物的窗户 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 硬纸包装箱 分析一个结构体的受力情况时，必须先将复 杂的结构体，分为许多小的结构组件, 再一一地 将它分析出来，分析其受力情况，要清楚在这些 力的作用下，构件能否安全、可靠地工作。 基本受力形式有拉力、压力、剪切力、扭转 力和弯曲力等。 拉力 ：物体所承受的拉拽力。 压力：挤压物体的力。 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。 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。 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。 弯曲力：作用于物体，使它产生弯 曲的力。 马上行动 拉 力 压 力 （P.6）请连线： 作用于物体 ,使它产生弯曲的力 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 剪切力 挤压物体的力 扭转力 物体所承受的拉拽力 弯曲力 反方向向物体两端均匀施力 ,使 物体发生扭转形变的力 案例分析 人坐在椅子上，椅面受到哪些力作用？ 椅面自身的重力 人对椅面的压力 支架对椅面的支撑力 在这些力的作用下，椅面会产生 抵抗外力的内力，当应力超过一 定值时，椅面会产生断裂。 案例分析 图中的桥面受到哪些力作用？ 行人和汽车对 桥面的压力 桥自身的重力 桥墩对桥面的 支撑力 风对桥面的力 马上行动 图中： 吊兰的支撑架承受 拉 力， 压 桥墩承受来自桥面、桥上负载的 两端被托住的梁受到 弯曲 力， 大坝承受 水的侧压 力等。 力， 探究 观察右图, 说明石磨 的推杆为 什么要用 一根绳子 吊起来。 答案： 1、抵消推杆自身的重力 2、保持人在推磨过程时推杆始终在平行于 地面的平面上运动； 小试验 比较不同形状的纸板承受压力的大小。 这三种形状，哪一种会 承受更大的压力呢？ 举例说明这一结论在实际应用中有什么意义。 3 结构的分类 根据结构形态在承受和传递力的方式和 差别，通常可分为： 实体结构、框架结构和壳形结构三种基 本类型。 根据需要还可以有其他分类方法。 实体结构 指结构本身是实心的结构 受力特点：外力分布在整个体积中。 框架结构 指结构体由细长的构件组成的结 构，支撑空间而不充满空间 受力特点：可以承受压力和拉力等。 壳体结构 指层状的结构 受力特点：外力作用在结构体的表面上，能将 外力分散到整个表面。 器皿盖 小试验： 了解壳体结构的受力情况 三只鸡 蛋能承 受多重 的砖头 呢？ 思考 P.10 [探究]： 1、为什么许多软体动物、人类的建筑 等会选择壳体结构? 2、为什么壳体结构可以对其形成的空 间起保护作用? 壳体结构具有很好的空间传力性能，能以较小 的构件厚度形成承载能力高、刚度大的承重结构， 能覆盖或围护大跨度的空间而不需中间支柱，能兼 承重结构和围护结构的双重作用，从而节约结构材 料。 在实际生活中，某些结构往往是实体、框 架、壳体等基本结构的组合形式。请同学们分 析下图的建筑物由哪些基本结构组成，各结构 分别起到什么作用？ 壳体结构 实 体 结 构 框架结构 壳体结构 实体结构 案 例 分 析 马上行动 物体结构 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 ▲ 实体 框架 壳体 组合 结构 结构 结构 结构 √ √ √ √ √ √ √ √ √ 受力 特点 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？汽车的安全气囊又是如何 保护驾驭员的？ 参考：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…… 当汽车前端发生强烈碰撞时，安全气囊就会瞬间从 汽车方向盘内弹出来，垫在方向盘与驾驭者之间， 防止驾驭者的头部和胸部撞击到方向盘或仪表板等 硬物上。除了驾驭员侧有安全气囊外，有些汽车前 排也安装乘客用的安全气囊…… 本课小结 结构的含义：结构是指事物的各组成部分之间的有序 搭配和排列。可以抵抗能引起形状和大小变化的力。 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 结构 框架结构 壳形结构