資源簡介

(共95張PPT)
任務一
感知豐富的結(jié)構(gòu)
自然界中形形色色的結(jié)構(gòu)
蜂巢
蜂巢由工蜂筑造
蜂巢的結(jié)構(gòu)用材最少，容積最大
蜂房是六角形的，0.073毫米的巢壁，蜂房微微向內(nèi)傾斜，排列成行，但彼此嵌合得天衣無縫，構(gòu)成一個整體，牢固無比。重40克的蜂房，卻能容納2000克蜜蜂。
蜂巢的結(jié)構(gòu)精巧又美觀
人體結(jié)構(gòu)圖
恐龍骨骼
蜘蛛網(wǎng)
植物
海螺
雪
花
人造結(jié)構(gòu)
故宮
長城
永定土樓
悉尼歌劇院
羅浮宮
金字塔
埃
菲
爾
鐵
塔
希臘帕特農(nóng)神廟（又稱雅典娜神廟）
一、什么是結(jié)構(gòu)？
結(jié)構(gòu)是指事物的各個組成部分之間的有序搭配和排列。
結(jié)構(gòu)是普遍存在的，不同的事物往往有不同的結(jié)構(gòu)。
承載遺傳信息的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)
眾多堿基對的排列,決定了各種生物的特性。
世界上任何事物都存在結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)多種多樣且決定著事物存在的性質(zhì)。
在自然界中，蜂巢、蜘蛛網(wǎng)、大樹、動物的身體與器官等都有其特定的結(jié)構(gòu)。
這些形形色色的結(jié)構(gòu)給了人們無限的創(chuàng)造靈感和啟示。
通過對自然界中結(jié)構(gòu)的分析和研究，人們將其研究成果應用到技術(shù)領(lǐng)域，更好地服務于人類。
蒼耳子與尼龍搭扣
橙子與悉尼歌劇院
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話說1956年，澳洲政府向海外征集悉尼歌劇院設(shè)計方案，丹麥37歲的年輕建筑設(shè)計師約翰·烏特松躍躍欲試，但苦無靈感。一天他在吃早餐，邊剝橙子邊想方案，突然間發(fā)現(xiàn)，切開的橙子瓣竟然組合成一個很有趣的幾何結(jié)構(gòu)圖。約翰·烏特松靈感大發(fā)，迅速完成了悉尼歌劇院的設(shè)計方案，寄了出去。
利用自然地形結(jié)構(gòu)
水坑里竟然設(shè)計出
這樣一座大酒店
上海松江有個100米深石場，還有一個小湖。
Atkins設(shè)計公司就在這里設(shè)計了一個22世紀風格的五星級的松江大酒店。建筑宏偉壯觀，有一組瀑布狀的玻璃幕墻，非常漂亮。這還是一座極為環(huán)保的建筑，整個酒店的屋頂種滿綠草，石場為酒店提供了良好的溫度控制。酒店總共能住1000位客人，他們可以享受酒店里的餐廳、咖啡廳、健身房、宴會廳、水下水族館、會議廳、泳池、攀巖......
人類飛翔的夢想源于展翅高飛的鳥，鳥因為有它自由流暢的體形和翅膀結(jié)構(gòu)，飛機原型源于飛鳥形體結(jié)構(gòu)的仿生。
中國的大飛機在研制中
鷹眼
與導彈跟蹤系統(tǒng)
生產(chǎn)生活中還有哪些產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)是受到自然界事物的啟發(fā)而產(chǎn)生的?
蜂窩紙板
蜂窩式抽屜整理格
　以下電源機箱的六角形的散熱孔來源于自然界什么結(jié)構(gòu)？
在技術(shù)領(lǐng)域，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)更是豐富多彩。
從歷史悠久的石拱橋到氣勢宏偉的跨海大橋
從粉墻黛瓦的古樸民居到高聳人云的摩天大樓
從速度緩慢的古老馬車到風馳電掣的“復興號”動車組列車
從只能完成單一指令的簡單機械手到具有發(fā)達“大腦”的智能機器人，都有特定的結(jié)構(gòu)。
工程師之戒，戴上了這枚戒指就意味著要把自己的工作做到最好，它們時刻提醒工程師們，要具有高度的責任感去設(shè)計安全、牢固和有用的結(jié)構(gòu)。
魁北克大橋坍塌帶來的主要啟示有：要具有高度的責任感去設(shè)計安全、牢固和有用的結(jié)構(gòu)，在工程設(shè)計與施工中要有科學嚴謹?shù)慕M織文化等。
美國塔科馬海峽吊橋坍塌
美國明尼蘇達州一座跨越密西西比河的公路橋07．8．１傍晚發(fā)生坍塌
07.8.13湖南湘西自治州鳳凰縣境內(nèi)鳳大公路(湖南鳳凰至貴州銅仁大興機場)堤溪段大橋突然垮塌
結(jié)構(gòu)方面存在的一個小缺陷就可能導致重大事故的發(fā)生，因此，合理的結(jié)構(gòu)是事物存在的基礎(chǔ)，卓越的結(jié)構(gòu)是設(shè)計者和制造者共同的追求。
卓越的結(jié)構(gòu)是設(shè)計者和制造者共同的追求。
結(jié)構(gòu)在社會領(lǐng)域也普遍存在著，例如人口結(jié)構(gòu)、家庭結(jié)構(gòu)、組織結(jié)構(gòu)、城鄉(xiāng)結(jié)構(gòu)、區(qū)域結(jié)構(gòu)等。
文章的內(nèi)容結(jié)構(gòu)影響文章的表達和質(zhì)量
經(jīng)濟結(jié)構(gòu)將影響國家經(jīng)濟的發(fā)展前景
人員的學歷結(jié)構(gòu)
企業(yè)的人員結(jié)構(gòu)關(guān)乎企業(yè)的運行和效率
人員的職稱結(jié)構(gòu)
企業(yè)的人員結(jié)構(gòu)關(guān)乎企業(yè)的運行和效率
08年湖南郴州50年來大雪災，三位電力工人在進行搶修的時候因輸電鐵塔倒塌，犧牲了自己年輕的生命······
從力學角度來說,
結(jié)構(gòu)是指可承受一定力的架構(gòu)形態(tài),
它可以抵抗能引起形狀和大小改變的力。
任務二
認識結(jié)構(gòu)的受力
每個物體都有它的特定的架構(gòu)形態(tài)，這種架構(gòu)形態(tài)體現(xiàn)著它的結(jié)構(gòu)。
一個復雜的結(jié)構(gòu)由許多不同的部分組成,這些組成部分通常稱為構(gòu)件。
。
例如
自行車的車輪由輻條、輪胎、車圈、花鼓等構(gòu)件組成。
一個設(shè)計合理的結(jié)構(gòu)應該能承受正常使用時外界的各種作用力，抵抗各種變形。因此，我們需要了解作用在結(jié)構(gòu)上的各種力。
指出下例結(jié)構(gòu)可以抵抗來自外界那些方面的作用力。
例如
建筑物的窗戶
抵抗來自建筑物墻的正向和側(cè)向的壓力、風的作用力，及其自身的重力等
餐桌
硬紙包裝箱
承受來自桌面物體的壓力和它自身的重力等
承受箱內(nèi)物體的重力、箱內(nèi)物體向外的擠壓力以及自身的重力等
分析結(jié)構(gòu)的受力情況時，首先要清楚組成結(jié)構(gòu)的構(gòu)件受到哪些力的作用；其次要清楚在這些力的作用下，構(gòu)件能否安全、可靠地工作，也就是對構(gòu)件進行承載能力的分析。
根據(jù)構(gòu)件的受力和變形的形式，我們可以將構(gòu)件分為受拉、受壓、受剪切、受彎曲、受扭轉(zhuǎn)這五種基本形式。
拉力：物體所承受的拉拽力。
拔河！
拉面、
油條、
拉力器
構(gòu)件受拉
壓力：擠壓物體的力。
趁熱打鐵！
訂書機、
橋墩、
壓路機
構(gòu)件受壓
剪
切
力：兩個距離很近，大小相等，方向相反，且作用于同一物體上的平行的力。
修理草坪！
剪刀、鋼絲鉗
構(gòu)件受剪切
彎曲力：作用于物體，使它產(chǎn)生
彎曲的力
釣
魚！
弓、
撐桿
跳
高
構(gòu)件受彎曲
扭轉(zhuǎn)力：反方向向物體兩端均勻施力，使物體發(fā)生扭轉(zhuǎn)形變的力。
擰干衣服！
擰瓶蓋
麻花條
構(gòu)件受扭轉(zhuǎn)
第1題：桐木條的主要形變是壓縮形變。桐木條受到繩索擠壓的力。
第2題：有可能會出現(xiàn)向側(cè)面傾倒的情況。因為桐木條和底板之間沒有連接，所以容易出現(xiàn)向側(cè)面傾倒的情況。桐木條和底板之間可以采用榫接的方法，可以較好地解決這一問題。
折疊桌的橫支撐桿受到桌板的壓力，如果有外力作用在靠近桌板外側(cè)邊沿處，橫支撐桿可能朝外側(cè)發(fā)生彎曲形變。斜支撐桿主要受壓。膨脹螺釘?shù)墓潭ㄊ抢眯ㄐ涡倍葋泶偈古蛎浌墚a(chǎn)生摩擦力，達到固定效果。螺釘一頭是螺紋，一頭有錐度，外面包一鐵皮，鐵皮圓筒一半有若干切口，把它們一起裝進墻上鉆好的孔里，然后擰緊螺母，螺母把螺釘往外拉，將錐度螺栓頭拉人鐵皮套筒，鐵皮套筒被脹開，于是緊緊固定在墻洞里，不易脫落，因而采用膨脹螺釘安裝比較可靠。
為了測試結(jié)構(gòu)或構(gòu)件能承受的力，各技術(shù)領(lǐng)域都有專門的設(shè)備。
如用于測試結(jié)構(gòu)抗拉、抗壓等特性的拉壓測試儀，
用于測試和檢測各種瓶蓋開合的扭矩測試儀。
用于測試螺釘扭力的螺釘扭斷力測試機等。
從力學角度看，結(jié)構(gòu)是技術(shù)產(chǎn)品的力學架構(gòu)形態(tài)，決定或影響結(jié)構(gòu)功能的實現(xiàn)。
任務三
辨析結(jié)構(gòu)的類型
結(jié)構(gòu)的分類多種多樣，從形態(tài)方面考慮，通常有實體結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)和殼體結(jié)構(gòu)等基本類型。
1、實體結(jié)構(gòu)
通常是指結(jié)構(gòu)體本身是實心的結(jié)構(gòu)。其受力特點是外力分布在整個體積中，如實心墻、大壩等。
實心墻
大壩
實體結(jié)構(gòu)
三
峽
大
壩
2、框架結(jié)構(gòu)
框架結(jié)構(gòu)通常是指結(jié)構(gòu)體由細長的構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)，其構(gòu)件的幾何特征是橫截面尺寸比長度小得多，如鐵架塔、建筑用腳手架、廠房的框架等。
鐵架塔
建筑用腳手架
廠房的框架
書桌椅
書柜
框架結(jié)構(gòu)
3、殼體結(jié)構(gòu)
殼體結(jié)構(gòu)通常是指層狀的結(jié)構(gòu)，其幾何特征是厚度比長度和寬度小得多，如摩托車頭盔、飛機外殼等。
摩托車頭盔
飛機外殼
動車外殼
雞蛋能承受較大的壓力，這是由雞蛋殼這一殼體結(jié)構(gòu)的力學特點決定的。雞蛋殼本身是具有一定剛性的薄殼結(jié)構(gòu)，外形圓滑均勻，當外力作用在蛋殼上時，外力會被傳導到整個殼體表面，受力面積增大，殼體內(nèi)部所受應力減小，因而能承受較大的外部壓力。
瓶蓋的作用是使外力能較為均勻地分布在殼體表面，避免應力過于集中，導致局部應力過大而使蛋殼破裂。建筑及工業(yè)中廣泛采用殼體結(jié)構(gòu)的原因在于殼體結(jié)構(gòu)自重輕，且能承受較大的外力。
殼體結(jié)構(gòu)受力特點：外力作用在結(jié)構(gòu)體的表面上，外力會被傳導到整個殼體表面，受力面積增大，殼體內(nèi)部所受應力減小，因而能承受較大的外部壓力。
燈泡為何能承受如此大的力?
燈
泡
雞蛋承載實驗
想一想：為什么雞蛋能夠承受如此大的壓力？
當我們給自行車輪胎打氣，氣壓過大時，它的內(nèi)胎才會爆炸！為什么呢？
分析結(jié)構(gòu)受到外力的情況：
當一個結(jié)構(gòu)受到外力作用時，內(nèi)部各質(zhì)點之間的相互作用會發(fā)生改變，產(chǎn)生一種抵抗外力與形變的力，稱為內(nèi)力。
內(nèi)力反映了材料抵抗外力破壞的能力。
討論強度問題，僅僅了解內(nèi)力是不夠的，如用相同的外力作用在兩根材料相同、橫截面積不同的繩子上，細的繩子更容易斷開。
故還需要了解材料的單位橫截面積上的內(nèi)力。
應力就是構(gòu)件的單位橫截面上產(chǎn)生的內(nèi)力，當應力達到某一極限時，結(jié)構(gòu)就會遭到破壞。
F
S
F是內(nèi)力，
Ｓ是受力面積，
σ
是應力。
σ
＝
讀作西格瑪
應力可以作為表示結(jié)構(gòu)構(gòu)件強度的基本指標。
在生產(chǎn)和生活實際中，很多物體的結(jié)構(gòu)是由兩種或兩種以上的基本結(jié)構(gòu)類型組合而成的。
如埃菲爾鐵塔，它的塔基由實體結(jié)構(gòu)組成，塔身由框架結(jié)構(gòu)組成。
又如注塑成型的椅子，其座位是殼體結(jié)構(gòu)，椅腿是框架結(jié)構(gòu)。
想一想：學校體育館都由那些基本結(jié)構(gòu)組成？
建筑穹頂是組合結(jié)構(gòu)
汽車框架是框架結(jié)構(gòu)
拓展閱讀
橋梁常見結(jié)構(gòu)類型
在具體工程領(lǐng)域，根據(jù)領(lǐng)域的不同，結(jié)構(gòu)有不同的分類方式。例如，在橋梁建筑中常見的結(jié)構(gòu)類型有梁式結(jié)構(gòu)、剛架結(jié)構(gòu)、拱式結(jié)構(gòu)、斜拉結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)和組合結(jié)構(gòu)等。
粱式橋
剛架橋
拱橋
斜拉橋
懸索橋
組合橋
第1題：這些凹槽為訂書釘端面的導向滑槽，當訂書釘受到擠壓時，腳端沿凹槽方向滑動，發(fā)生彎曲形變，完成訂書工作。
第2題：這三種頭盔折疊方法不盡相同。第一種的中間主骨架和其他骨架之間采用可轉(zhuǎn)動的鉸連接實現(xiàn)折疊；第二種是安全帽的前后部分采用鉸連接實現(xiàn)折疊；第三種是采用柔性材質(zhì)連接，實現(xiàn)伸縮折疊。
這些折疊方法對安全帽的安全性能均有一定的影響，第一種為鏤空設(shè)計，沒有抗穿刺能力，左右方向的側(cè)向剛較差；第二種前后的側(cè)向剛性較差；第三種主要構(gòu)件通過柔性材質(zhì)連接，受到局部撞擊時，力不能傳導到所有構(gòu)件表面，不能有效分散撞擊的外力。這三種安全帽的安全性能不如一體成型的安全帽好。

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