1.2 稳固结构的探析（教学课件）通用技术苏教版2019必修2

1.2稳固结构的探析 苏教版2019必修《技术与设计2》 高中通用技术 目录 一 学习目标 二 课堂导入 三 技术探究 四 课堂小结 五 拓展延伸 六 课堂练习 学习目标 一 通过技术活动探究重心、支撑面等因素对结构稳定性的影响，并尝试解决相关技术问题。 通过技术活动探究形状、材料、连接方式等因素对结构强度的影响，并尝试解决相关技术问题。 能依据相关技术试验标准对结构稳定性、强度进行试验，并写出试验报告。 二 课堂导入 二 课堂导入 孙宇为了预防“久坐病”，准备去家具市场选购一张站立式办公桌。他在选购各种站立式办公桌时发现，有些桌子使用时易翻倒，有些桌子却十分稳固。孙宇决定一探究竟。 三 技术探究 探析结构稳定性 任务一 三 技术探究 日常生活中，时常会看到翻倒在地的物体，如路边倒地的自行车、地上翻倒的空竹篓等。这是因为当物体受到荷载作用时，原有的平衡状态被打破而出现的不稳定现象。 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。 三 技术探究 悬臂结构的稳定性体验 体验目的：体验悬臂结构的稳定性。 情境展示：日常生活中有一些支撑结构，如起重机的起重臂、消防车云梯的悬臂结构，这些结构不仅要伸出很长的臂，而且要承受较大的力。 问题分析：悬臂结构的物体是怎样保持稳定的呢？我们可以通过类似的悬臂结构来进行分析。为了模拟真实情境，规定悬臂结构底部与地面接触所形成的支撑面的大小不超过200 mm×200 mm，底部与挂重物的位置在水平和竖直方向相距都不少于200 mm。 活动准备： 材料：一次性木筷子（或竹筷子）、塑料管、铝条、木条、热熔胶棒、若干细绳等。 工具：剪刀、美工刀、钢锯、钢丝钳、热熔胶枪、若干钩码等。 …… 三 技术探究 不同的悬臂结构倾倒时所挂钩码的质量是否不同？这些结构在形状上有什么区别？ 在步骤4中，所加重物的位置与其质量有什么关系？ 三 技术探究 ①从悬臂结构的技术体验活动中我们可以看出，结构重心的位置影响着结构的稳定性。 三 技术探究 如图1-24甲、乙所示的A字形梯在载人时，从A字形梯和人总体来看重心很高，那为什么还能保持稳定呢？A字形梯中间的横梁的作用是什么？其放置位置对梯子的稳定性有什么影响？如图丙所示的梯子采用锁扣结构，而如图丁所示的梯子采用八脚支撑并在底部增加拉绳，这样设计的原因是什么？ 三 技术探究 ②在其他条件不变的情况下，结构与地面接触所形成的支撑面越大，结构越稳定。 三 技术探究 请分析下列因素中哪些对站立式办公桌的稳定性产生影响。 （1）办公桌各部件使用的材料。 （2）办公桌的使用状态，如坐式或站立式使用。 （3）办公桌的使用环境，如单独放置使用或靠着墙使用。 （4）办公桌的使用人群，如使用者的体重等。 三 技术探究 ③对于一个处于静止状态的结构而言，如果重心的垂足落在结构的支撑面内，这个结构就是稳定的，不会倾倒。 三 技术探究 课桌稳定性试验 试验目的：依据国家标准对产品进行稳定性试验，并对数据进行分析。 情境展示：站立式办公桌的高度要比一般办公桌高很多，而且是可调节的。孙宇认为其结构稳定性对结构的可靠性和人体的舒适度等非常重要，那如何测试其稳定性呢？ 问题分析： 测试站立式办公桌的稳定性，关键是选择什么样的技术参数，采取什么方式进行，对此需查阅相关国家或行业标准，了解制定依据，根据标准进行。可依据国家标准GB/T 10357.7—2013 《家具力学性能试验 第7部分：桌类稳定性》进行试验。 试验准备： 1. 课桌一张，如果条件允许请用站立式办公桌。若用站立式办公桌，则需要在升到最高和降到最低状态下进行测试。 2. 加载设备（提供垂直或水平加载力）、加载垫（直径为100 mm的刚性扁平圆形物体）、挡块（用来防止桌子移动）。试验时可以根据情况用类似的工具或施力形式来替代。 …… 测量对象 技术参数 国家标准（规定值） 最大荷载 不稳定边1 垂直加载稳定性 600N 垂直和水平加载稳定性 20N 不稳定边2 垂直加载稳定性 600N 垂直和水平加载稳定性 20N 三 技术探究 ④结构的形状不同，其稳定性也不同。 三 技术探究 在产品设计中，结构越稳定越好吗？ 三 技术探究 探析结构强度 任务二 三 技术探究 三 技术探究 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，FN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。 三 技术探究 体验悬臂结构模型的强度 体验目的：通过悬臂结构模型的强度测试，体验影响结构强度的因素。 情境展示：悬臂结构在工程中应用非常广泛，如道路的交通指示灯架、视频监控架等。悬臂结构的强度需要符合应用的需求，以保障结构的正常工作。 问题分析：悬要体验材料对结构强度的影响，就需要使用不同材料制作相同结构的悬臂结构进行比较试验；要比较结构对强度的影响，就要用相同材料，设计和制作悬臂长度相同、结构不同的悬臂结构，进行比较试验。 活动准备： 材料：细木筷或细竹筷，与筷子相同尺寸的桐木条、塑料管、铝条，502胶，热熔胶棒，若干细绳等。 工具：剪刀、美工刀、钢锯、钢丝钳、热熔胶枪、若干钩码等。 …… 三 技术探究 承重较大的结构形状具有什么特点？ 断裂点在哪个位置？你认为原因是什么？ 材料、连接方式对结构的承重能力有什么影响？ 序号 结构形状 所用材料 连接形式 钩码质量 断裂点 1 2 3 4 三 技术探究 ①结构的形状 结构的形状影响结构的强度。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。 三 技术探究 悬臂梁强度与截面形状试验 试验目的：测试用截面周长相同、形状不同的构件做成的悬臂梁的强度。 情境展示：国庆节就要到了，学校准备在校园内部道路两旁的路灯杆上加装外挑横杆来悬挂大红灯笼。现有三角形、矩形、圆形等不同截面的钢管可选，该选哪种呢？ 问题分析：悬挂大红灯笼时，横杆除受自身重力外，主要承受大红灯笼的重力，还会受到风吹雨淋等其他因素的影响，因此横杆的选择应首先考虑强度问题。我们用硬纸制作不同截面形状的纸筒来模拟不同截面的钢管进行强度试验。 试验准备： 截面周长相同、形状分别为三角形、圆形、正方形的硬纸筒各1个，托盘3个，砝码和细线若干。…… 三 技术探究 哪种截面形状的纸筒可以承受更大的力？在进行试验时应注意什么？ 设想用截面为凹槽形状的构件做横杆，凹槽侧向放置与向上放置所能承受的力是否相同？如果条件允许，可以进行试验。 三 技术探究 如图1-30所示的站立式办公桌，脚架采用铝合金材料一体成型，其脚架内部设计成网格，这种设计的目的是什么？哪些桌子采用类似的结构？ 三 技术探究 ②结构的材料 不同材料构成的结构，其强度各不相同。 一个坚固的梁必须具有良好的抗拉、抗压、抗剪切和抗扭转的性能，所以梁通常由不止一种材料制成。 三 技术探究 ②结构的材料 不同的材料可能带来结构上的变化。 三 技术探究 ③结构的连接方式 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。 连接方式对结构强度的影响还体现在连接件的选择上。 连接方式多种多样，若按构件之间能否转动来分类，可分为铰连接和刚连接。 三 技术探究 ③结构的连接方式 连接方式 特点 具体形式 案例 铰连接 被连接的构件在连接处不能相对移动，但可相对转动 松螺栓连接、铰链连接等 如折叠伞伞骨间的连接、门与门框的连接等 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 榫接、胶接、焊接、紧固螺栓连接等 如不可移动的桌腿与桌面的连接、固定铁床架的连接等 三 技术探究 请如图1-36所示的站立式办公桌可以通过把手控制气杆来调节桌子升降，从而实现一定范围内的调节。它是如何实现升降功能的？跟结构的连接方式有什么关系？ 三 技术探究 在设计时，为了提高结构的强度，可以加大构件的外形尺寸、增加材料厚度、选择高性能材料，但这又会带来什么样的问题？ 四 课堂小结（思维导图） 稳固结构的探析 探析结构稳定性 结构的重心 结构与地面接触所形成的支撑面 重心的垂足落在结构的支撑面 结构的形状 探析结构强度 结构的形状 结构的材料 结构的连接方式 五 拓展延伸 连接方式的分类 在不同的工程领域，对于连接有不同的分类和表述。在机械工程领域，连接分为动连接和静连接。动连接是机器工作时，被连接的零（部）件间可以有相对运动的连接，如滑块与导轨的连接。静连接是在机器工作时，被连接的零（部）件间不允许产生相对运动的连接。连接根据其可拆性又分为可拆连接和不可拆连接。可拆连接是不需要毁坏连接中的任一零件就可拆开的连接，如螺纹连接、键连接。不可拆连接是至少要毁坏连接中的某一部分才能拆开的连接，如铆钉连接、焊接。 六 课堂练习 1.如图所示是一款木制衣帽架。为了提高其稳定性，下列措施中不合理的是（ ） A．增大底座的支撑面积 B．缩小立柱的截面积 C．降低衣帽架的高度 D．缩短衣帽钩伸出的长度 B 六 课堂练习 2.下列物体中，没有铰连接的是（ ） A. B. C. D. C 六 课堂练习 3.李华将两块木板直角连接，施加图示力F后，下列方案最不易松脱的是（ ） A. B. C. D. B 六 课堂练习 4.《西京杂记》卷上记载:“卧褥香炉……为机环转运四周，而炉体常平，可置之被褥，故以为名。” 请分析，为什么无论卧褥香炉如何放置，香炉中的香料都不会倾倒呢？ 香炉内部由几个轴心线互相垂直的金属环构成，最里面的金属环的轴上装着半圆形容器，内盛香料。由于互相垂直的各环转轴彼此制约及半圆形容器自身重心的影响，使香料不会倾倒。 谢 谢！ 高中通用技术苏教版2019《技术与设计2》 Lavf61.7.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 03 Lavf58.29.100 Lavf61.7.100 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 $$