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技術(shù)與設(shè)計2
通用技術(shù)課程
長治九中 師躍清
第一單元 結(jié)構(gòu)與設(shè)計
第二單元 流程與設(shè)計
第三單元 系統(tǒng)與設(shè)計
第四單元 控制與設(shè)計
一 常見的結(jié)構(gòu)認(rèn)識
二 穩(wěn)固結(jié)構(gòu)的探析
三 簡單結(jié)構(gòu)的設(shè)計
四 經(jīng)典結(jié)構(gòu)的欣賞
一、常見的結(jié)構(gòu)認(rèn)識
1. 無處不在的結(jié)構(gòu)
結(jié)構(gòu)(structure)是指事物的各個組成部分之間的有序搭配和排列。世界上任何事物都存在結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)多樣且決定著事物存在的性質(zhì)。
在自然界，蜂窩，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，人們將其成果應(yīng)用到技術(shù)領(lǐng)域，更好地服務(wù)于人類。
蒼耳子與尼龍搭扣
鳥與飛機
鷹眼與導(dǎo)彈跟蹤系統(tǒng)
鳥窩與鳥巢
迪拜塔
雙子星塔
勞斯萊斯
奔馳
瞬間的效果
魁北克大橋的坍塌瞬間
教材中魁北克大橋坍塌圖片
2 結(jié)構(gòu)與力
從力學(xué)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。
每個物體都有它特定的架構(gòu)形態(tài)，這種架構(gòu)形態(tài)體現(xiàn)著它的結(jié)構(gòu)。一個較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)由許多不同部分組成，這些組成部分通常稱為構(gòu)件。如自行車的車輪，它是由輻條、輪胎、車圈，氣門等構(gòu)件組成的。
當(dāng)一個結(jié)構(gòu)受到外力作用時，內(nèi)部各質(zhì)點之間的相互作用力會發(fā)生改變，產(chǎn)生一種抵抗力，稱為內(nèi)力。應(yīng)力是構(gòu)件的單位橫截面上所產(chǎn)生的內(nèi)力，當(dāng)應(yīng)力達到某一極限值時，結(jié)構(gòu)就會遭到破壞。用公式表示應(yīng)力為
其中F為內(nèi)力，S為受力面積。
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)件受到那些力的作用；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)件進行承受能力分析。構(gòu)件的受力形式多種多樣，基本受力形式有拉力、壓力、剪切力、扭轉(zhuǎn)力和彎曲力，很多情況下，構(gòu)件可同時受到幾種不同形式的力的作用。
拉力
壓力
剪切力
扭轉(zhuǎn)力
彎曲力
作用于物體，使它產(chǎn)生彎曲的力
兩個距離很近，大小相等，方向相反，且作用于同
一物體上的平行力
擠壓物體的力
物體所承受的拉拽力
反方向向物體兩端均勻施力，使物體發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形
的力
3 結(jié)構(gòu)的類型
實體結(jié)構(gòu)
實體結(jié)構(gòu)通常是指物體本身是實心的結(jié)構(gòu)。它的受力特點是，外力分布在整個體積中，如實心墻、大壩等。
框架結(jié)構(gòu)
框架結(jié)構(gòu)通常是指結(jié)構(gòu)體由細(xì)長的構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)。其特點是，支撐空間而不充滿空間，如鐵塔架、建筑用的腳手架、廠房的框架等等。
殼體結(jié)構(gòu)
殼體結(jié)構(gòu)通常是指層狀的結(jié)構(gòu)。它的受力特點是，外力作用在結(jié)構(gòu)體的表面上，如摩托車手的頭盔、飛機的外殼、貝殼等。
二 穩(wěn)固結(jié)構(gòu)的探析
1 結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性
結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性(stability)是指結(jié)構(gòu)在負(fù)載的作用下維持其原有平衡狀態(tài)的能力，它是結(jié)構(gòu)的重要性質(zhì)之一。如果一個物體的結(jié)構(gòu)不能有效地抵御常見外力的作用，那么該物體是很難承受負(fù)載而保持平衡的。
影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素
影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素很多，主要有重心位置的高低，結(jié)構(gòu)與地面的高低、結(jié)構(gòu)與地面接觸所形成的支撐面的大小和結(jié)構(gòu)的形狀等。
不倒翁的重心很低，就在它與地面的接觸點上，所以不倒，如果往它的脖子掛上鐵環(huán)，它的重心位置升高了，當(dāng)鐵環(huán)達到一定數(shù)量時，不倒翁就不在是不倒翁了。重心的高低影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。重心越低,穩(wěn)定性越好;重心越高,穩(wěn)定性越差。
結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性在日常生活中有著廣泛的應(yīng)用，一方面人們利用穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)抵抗外力、承受負(fù)載，另外一方面又利用不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)某些功能。如在地震多發(fā)區(qū)，人們將啤酒瓶之類的五一倒置在桌子上，利用這一不穩(wěn)定的機構(gòu)實現(xiàn)預(yù)報地震的功能。
2 結(jié)構(gòu)與強度
結(jié)構(gòu)的強度(strength)是指結(jié)構(gòu)具有的抵抗被外力破壞的能力。
影響結(jié)構(gòu)強度的主要因素
結(jié)構(gòu)的強度與結(jié)構(gòu)的形狀、使用的材料、構(gòu)件之間的連接方式等因素有密切的關(guān)系。
結(jié)構(gòu)的形狀
結(jié)構(gòu)的材料與連接
結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接通常有以下兩類：
1.鉸連接：被連接的構(gòu)件在連接處不能相對移動，但可相對
轉(zhuǎn)動，具有松螺栓、松鉚等，如折疊傘傘骨間的
連接、門與門框之間的鏈接等。
2.剛連接：被連接的構(gòu)件在連接處既不能相對移動，又不能
相對轉(zhuǎn)動，具體有榫接、膠結(jié)，焊接等，如固定
鐵床架的連接、不可移動的桌腿與桌面的連接等。
不同的材料有不同的連接方式。
構(gòu)件的連接方式不同，結(jié)構(gòu)的強度也不同。
3.結(jié)構(gòu)與功能
三 簡單的結(jié)構(gòu)設(shè)計
1 結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮的主要因素
結(jié)構(gòu)設(shè)計的目標(biāo)及要求
結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)以一種或幾種功能的實現(xiàn)為基本目標(biāo)，應(yīng)滿足設(shè)計規(guī)范，滿足使用者的基本需求。例如，兒童自行車的結(jié)構(gòu)設(shè)計，首先應(yīng)以代步、鍛煉兒童的手腳協(xié)調(diào)能力為設(shè)計目標(biāo)，同時要滿足童車結(jié)構(gòu)設(shè)計的國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求，如自行車的鏈條和鏈輪不能裸露在外，要完全包在鏈條合內(nèi)；車把與車閘的內(nèi)側(cè)距離不得超過6cm，外側(cè)距離不得超過8cm等，否則視為不合格。
再如，商業(yè)建筑設(shè)計規(guī)范中規(guī)定：
商店營業(yè)廳的出入門、安全門凈寬度不應(yīng)小于1.4m，不應(yīng)設(shè)置門檻。
營業(yè)部分的公用樓梯、坡道應(yīng)符合下列規(guī)定：
（1）室內(nèi)樓梯的每梯段凈寬不應(yīng)小于1.4m，踏步高度不應(yīng)大于0.16m，徒步寬度不應(yīng)小于0.28m。
（2）室外臺階的踏步高步不應(yīng)大于0.15m，踏步寬度不應(yīng)小于0.30m；
（3）供輪椅使用的坡道的坡度不應(yīng)大于1:12，兩側(cè)應(yīng)設(shè)高度為0.65m的扶手，當(dāng)其水平投影長度超過15m時，宜設(shè)休息平臺。
結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮的主要因素
結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮的祝賀要因素有：符合使用者對設(shè)計對象的穩(wěn)定性和強度的要求，安全因素，公眾和使用者的審美需求，使用者的個性化需求，對設(shè)計對象的成本控制要求和一定的使用壽命等。
穩(wěn)定性
強度
成本
功能
人的個
性化需求
壽命
安全
……
美觀
結(jié)構(gòu)設(shè)計
不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)考慮的因素各有側(cè)重，但無論在哪一類用途的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，安全都是至關(guān)重要的因素。
案例分析《戶外廣告牌的結(jié)構(gòu)設(shè)計》
2 簡單結(jié)構(gòu)的設(shè)計案例
簡單結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程與方法
簡易相片架的設(shè)計
設(shè)計項目：設(shè)計一個簡易相片架。
設(shè)計要求：
1.能方便地取放相片。
2.具有一定的穩(wěn)定性和強度。相框不易變形，之家不易松動；相框與支架連接牢固。
3.具有一定的裝飾性。
4.相框的長度、寬度、厚度的尺寸根據(jù)相片的大小自定。
設(shè)計分析：相片架的結(jié)構(gòu)設(shè)計可分為兩部分，即相框和支架。
1相框的結(jié)構(gòu)設(shè)計
2支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計
3相框與支架之間的連接
設(shè)計準(zhǔn)備：
設(shè)計方案：
設(shè)計賞析
隨堂作業(yè)：簡易結(jié)構(gòu)的設(shè)計
閱讀課本相片架設(shè)計案例，設(shè)計一個簡單的結(jié)構(gòu)，如報紙架等。
要求：不能是相片架結(jié)構(gòu)設(shè)計；仿照課本設(shè)計；必須注明設(shè)計項目的相關(guān)具體信息。
結(jié) 束！

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