第一单元 结构及其设计（知识清单）通用技术苏教版2019必修2

第一单元 结构及其设计（知识清单） 1.1常见结构的认识 （一）丰富的结构 1、结构的概念 结构广义上是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列，结构决定着事物存在的性质。力学角度定义：承受一定力和抵抗变形的架构形态。 2、各领域的结构 ①自然领域。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。 ②技术领域。在技术领域，产品的结构更是丰富多彩。石拱桥、跨海大桥、古朴民居、摩天大楼、机械手、智能机器人、“天宫”空间站等。 ③社会领域。人口结构、家庭结构、组织结构、城乡结构、区域结构等。 （二）认识结构的受力 1、构件 从力学角度分析，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。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。 一个较复杂的结构由许多不同的部分组成，这些组成部分通常被称为构件，如有的自行车的车轮由辐条、轮胎、车圈等构件组成。 2、结构的受力情况 根据构件的受力和变形的形式，我们可以将构件的受力与变形分为：受拉、受压、受剪切、受弯曲、受扭转这五种基本形式。 （三）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 实体结构是指结构体本身是实心的结构，受力特点是外力分布在整个体积中（如实心墙、大坝、柱长城、锤子、厨房中的菜板子等）。 2、框架结构 框架结构是指结构体由细长的构件组成的结构，受力特点是支撑空间而不充满空间（如铁架塔、建筑用脚手架，厂房、窗户、自行车、艾菲尔铁塔、桌子、书橱的框架等） 3、壳体结构 壳体结构是指层状的结构，受力特点是：外力作用在结构体的表面上（如摩托车手的头盔、飞机的外壳、贝壳等） 由两种或两种以上的基本结构类型组合而成，称为组合结构，如埃菲尔铁塔等。比如我们的教学楼整体来看是框架结构，而楼顶的大圆球却是壳体结构的，而具体的一面墙却又是实体结构的。 1.2稳固结构的探析 （一）结构的稳定性 1、概念 是指结构在负载的作用下维持其原有平衡状态的能力。 2、影响结构稳定性的主要因素： ①重心位置的高低：重心越低,稳定性越好；重心越高,稳定性越差。 ②结构与地面接触所形成的支撑面积的大小。支撑面越大越稳定，越小越不稳定。如：高塔的共同特点都是上端小而下端大。 ③对于一个处于静止状态的结构，结构重心所在点的垂线是否落在结构的支撑面内，落在支撑面内就是稳定的，没有就是不稳定的。 ④结构的形状：结构的形状不同，其稳定性也不同。如：三条腿的凳比两条的稳定。 影响结构稳定性的因素是相互关联的，需要综合考虑各种因素来讨论结构的稳定性。 （二）结构的强度 1、概念 结构抵抗荷载的能力用强度来表示。结构的强度是指结构具有的抵抗被外力破坏的能力。 当结构构件受到外力作用时，内部各质点之间的相互作用发生改变，产生一种抵抗外力与形变的力，称为内力。构件单位横截面积上所产生的内力就是应力，可用如下关系式表示: 其中，F N为内力，A为受力面积，σ 为应力。物体能够承受的最大应力可以作为表示其强度的基本指标。 2、影响结构强度的主要因素 ①结构的形状 框架结构中，三角形是最基本的形状之一，它结实、不易变形，所用材料最少。在结构设计中，一些结构只要形状稍加改变就可大大提高强度。例如，将平面薄板制成瓦楞板、蜂窝板等，在薄板制品中加入加强筋或凸缘、翻边结构等。 ②结构使用的材料 不同材料构成的结构，其强度各不相同。不同的材料可能带来结构上的变化,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。。 ③各构件之间的连接方式 结构由若干个构件通过不同的连接方式组合而成。结构的连接方式直接影响结构的强度。按构件之间能否转动来分类，可分为铰连接和刚连接。 铰连接——被连接的构件在连接外不能相对移动，但可相对转动。如门与门框的连接、松铆、松螺栓，伞骨间的连接等。 刚连接——被连接的构件在连接处既不能相对移动，也不能相对转动。如榫接（木材）、胶接、焊接（金属） 1.3结构功能的实现 （一）结构与功能的关系 结构决定着事物的性质，也直接影响事物的功能。 1、事物的结构决定了其功能 结构对事物的功能和作用产生着直接的影响，结构的改变可能导致功能的改变。如伞与拐杖。 2、功能是人们需求的体现 3、功能的实现，需要相应的结构来保证 4、结构的可靠性，结构与功能的关系往往还需要考虑使用的环境、时间等因素 可靠性是安全性、适用性和耐久性的总称。安全性指结构在正常使用时能承受可能出现的各种荷载；适用性指结构在正常使用时具有良好的工作性能；耐久性指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。 （二）欣赏经典结构 赏析结构设计作品，可从技术与文化两个角度进行。 技术的角度主要有：结构功能、稳固耐用、造型设计的创意和表现力、材料使用的合理性，工艺制造的精湛程度等。 文化的角度主要有：文化寓意与传达，公众认可的美学原则，反映的时代、民族、习俗方面的特征、结构的个性特征等。 1.4简单结构的设计 （一）结构设计应考虑的主要因素 1、结构设计的目标及要求 结构设计应以一种或几种功能的实现为基本目标，应满足设计规范，满足使用者的基本需要。 2、应考虑的主要因素： 稳定性和强度，安全因素，适用性和耐久性、成本控制要求等。还要考虑经济因素，如做到用料省、成本低等。不同的结构设计，应考虑的因素各有侧重，但无论在哪一类用途的结构设计中，安全都是至关重要的因素。 （二）设计并制作 简单结构的设计： ①设计项目—②设计要求—③设计分析—④设计方案—⑤呈现草图…… （如：设计相框、雨伞架、垃圾桶、鞋柜、衣架、笔桶-右图等） 1 / 6 学科网（北京）股份有限公司 $$