结构与设计
知识点
1、结构是指物体的各个组成部分之间的有序搭配和排列；
确定的搭配和排列决定了物体的性质和形态；
结构的各个组成部分，通常称为构件；
结构的本质是为了承受力和抵抗变形。
2、从力学的架构与形态考虑，结构可以分为如下三类：
1）实心结构指结构体本身是实心的结构，外力分布在整个体积，能承受较大的力，几何外形简单，如：实心墙、大坝
2）框架结构结构体由细长的杆件组成的结构，支撑空间而不充满空间，几何外形较为复杂，能承受垂直和水平荷载，如：脚手架、门窗、棚架3）壳体结构壳体内空，受力合理，形态稳定。
如：贝壳、头盔、水杯、文具盒
3、结构的受力
1）力的基本形式
2）[案例分析] 单杠结构的受力分析
杠体：弯曲力
立柱：压力、弯曲力、拉力
斜拉杆：拉力
3）内力和应力
内力：当一个结构受到外力作用时,内部各质点之间的相互作用会发生改变, 产生一种抵抗的力
应力：构件的单位横截面上产生的内力，应力达到某一极限值时, 结构就会遭到破坏。
用公式表示应力为σ =F/s,
其中,F ——内力,S ——受力面积, σ——应力
[例]拿出一根细线，拉断VS对折几次后拉断。
提问：哪一种需要的力更大一些？
[结论] 细线本身会产生一种抵抗的力，成为内力；
当把它对折后，横截面积改变，对应的应力也将变化。
4、结构的稳定性和强度
1）稳定指的不是状态绝对不变，而是指受扰后，能允许状态有所波动，但当扰动消失后，能重新回到原平衡状态的能力。
2）影响结构稳定性的因素：
重心位置的高低支撑面的大小结构的形状3）结构的强度是指结构抵抗变形的能力
4）影响结构强度的因素：
结构的形状使用的材料构件之间的连接方式
5、结构设计应考虑的主要因素
●稳定性和强度要求
●安全因素,
●公众和使用者的审美需求,
●使用者的个性化需要,
●对设计对象的成本控制要求
●一定的使用寿命
……
6、对“赵州桥”的欣赏和评价
赵州桥
结构：拱肩加拱的敞肩结构。
受力：敞肩拱、拱圈、拱角
文化价值：古代桥梁建筑的典范。
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练习题
一、选择题
1．下列哪个选项是受自然界结构形状的启发而设计的（）
A．签字笔 B.潜水艇 C.课桌 D.岳阳楼
2．在08北京奥运会上进行体操比赛的时候，运动员在单杠
上做大回环姿势时，会使杠体产生（）变形。
A.压缩
B.拉伸
C.弯曲
D.断裂
3．日中生活中，用指甲钳剪断指甲时，指甲主要受力形式是( )
A.弯曲力
B.扭转力
C.压力
D.剪切力
4．周伟为了使自己家客厅的茶几更具有欣赏价值，那么他应该侧重改变茶几的（）
A.造型
B.功能
C.安全
D.强度
5．如图所示是农民从水井里打水的情景，辘轳套在固定的木
轴上，井绳绕在辘轳上，摇动把手使辘轳转动从而带动水桶
上升，辘轳受到的力主要是（）
A.拉力
B.剪切力
C.扭转力（扭矩）
D.弯曲力（弯
矩）
6．泰姬陵，是印度知名度最高的古迹之一，是莫卧儿王朝
第五代皇帝沙贾汗为了纪念他已故皇后阿姬曼·芭奴而建
立的陵墓，被誉为“完美建筑”。
2007年7月7日，成为
世界新七大奇迹之一。
泰姬陵整体在结构上属于（）
A.实体结构
B.框架结构
C.壳体结构
D.组合结构
7．小亮要自己动手制作一个相框，开始用4根木条制成了一个相框，发现这个相框不够牢固，他对这个相框进行了优化改造，下列做法中不能
．．使相框更牢固的做法是（）
A．把相框的连接方式钉连接，改为榫卯连接和胶连方式
B．在相框的四个角上，分别钉上一根木头，使之构成三角形
C．把相框原有的钉连接改为螺栓连接
D．把原来的方榫连接改为圆榫连接
8．下列自行车四个部位的连接中属于铰连接的是（）
A、辐条与车圈连接
B、链结间连接
C、鞍座与车架连接
D、轮胎与车圈连接
9．在体育比赛中，以下选项中属于利用结构不稳定性实现特定功能的是（）
A．乒乓球桌 B.羽毛球拍 C.跨栏栏架 D.单杠
10．赵州桥是当今世界上年代最久、跨度最大的敞肩型石拱
桥。
下面有关赵州桥的描述中，不是
．．从技术角度欣赏结构的
是（）
A.赵州桥的坦拱设计，使桥面平坦宽阔，方便了车辆通行
B.大拱的两肩，砌了4个并行的小拱，实现了泄洪.省料以及稳定桥身的目的
C.李春就地取材，选用附近州县的质地坚硬的青灰色砂石作为建桥石料
D.桥两侧的栏板上雕刻的蚣蝮，寄寓大桥不受水害，长存永安
11．下面关于流程中环节和时序说法正确的是（）
A.有的流程时序可以调整，有的流程时序不可调整
B.任何流程环节的时序都不能调整的
C.任何流程环节的时序都是可以调整的
D.环节多的流程时序才能调整
12．在手工制作小铁锤的流程设计中,下列说法不正确
．．．的是( )
A.手工制作小铁锤流程设计需要考虑设备、材料、加工方法、热处理等因素
B.小铁锤的加工流程可划分为锤头加工环节、锤柄加工环节和装配环节
C.锤头和锤柄的连接方式可用铰连接
D.锤头可进行淬火处理，以提高硬度
13．儿童的平衡能力相对比较弱。
为了防止翻车，大多数童车
的后轮两侧会加两个小轮。
这一设计主要是为了（）
A．增大了摩擦力，方便制动停车
B．降低了重心，增强了结构的稳定性
C．增大了结构与地面的接触面，增强了结构的稳定性
D．增大了结构与地面的支撑面，增强了结构的稳定性
14．装有辅助小轮的童车、双梁载重车、弯梁女式车、双坐双脚蹬的双人车等都属于自行车家族，但各自的功能不同，这是因为设计者改变了（）
A.车的自重
B.车的材料
C.车的结构
D.车的大小
15、走钢丝的人手上拿着一条长棒的目的是（）
A．美观 B．重心低 C．保护 D．支撑
16、分析下列物体的结构类型，判断哪个属于实体结构。
（）
A．电灯泡 B．乒乓球 C．橡皮檫 D．篮球
二、技术试验题
1、雨伞是我们生活中常用品（如图所示），但雨伞的种类多，质量与价值也各不相同。
请你设计一个简单的试验方案，检测雨伞的
性能（生活中很容易获取一些材料和设备进行试
验）.
试验名称：▲
试验目的：▲
试验准备：▲
试验方法：▲
(1)防风性能试验：▲
(2)防水性能试验：▲
2、案例分析
纸张的结构造型与强度的关系的试验报告
高一（3）班赵梅同学在完成了纸张的结构造型与强度的关系的试验之后撰写了如下的试验报告。
请将其没写完整的补充完整。
试验目的：
试验准备：大小相同的纸张若干，胶水，高度相同的木块两块（用做支架），不同质量的砝码若干，试验记录纸，试验报告书。
试验过程：
1、取一张纸片放在支架上，再将
砝码放于纸片上，观察试验现象并记
录纸片所能承受的砝码的质量。
2、将其余纸张通过折叠、卷曲等
操作，制作成不同的造型（必要时用
胶水粘贴），再放于支架上，然后放上
砝码，分别记录不同造型的纸张所能承受的砝码的质量。
3、列表比较各次试验中不同结构造型的纸张的强度。
试验总结：
请举两个现实生活中通过改变物体的结构造型来增加物体的强度的事例。
三、设计题
一碰到下雨天，同学们来教室上课会带来各种各样的雨具。
为了放好这些雨具，不让水更多的滴在教室的地面，使地面潮湿，从而让教室更加整洁，需要你用木头设计一个雨具架。
（请从结构的稳定性、强度、材料、使用方便以及美观等方面综合考虑）
1.用草图表达你的设计思想，并写出必要的说明。
2.针对你的设计方案，列出加工所需的工具。
参考答案
一、选择题
二、技术实验题
1、试验名称：雨伞性能试验
试验目的：测试雨伞性能
试验准备：待测雨伞、水、水盆等（学生需写出用到的器材）
试验方法：
①抗风性能试验：撑开雨伞，握住伞柄，举高后用力快速向下拉，观察雨伞是否翻转或变形，并作记录。
②防水性能试验：撑开雨伞，在雨伞伞面上泼大量的水，或者在大雨下撑伞，观察雨伞是否漏水，并作记录。
2、试验目的：测试纸张的结构造型与强度的关系
试验结果：1、物体的结构造型对强度有影响。
2、相同材料的物体结构不同，强度不同
3、相同结构造型的材料，间距不同，强度不同
4、我们可以改变结构来增强物体的结构强度
实例：工字钢型材、矿泉水瓶上的凹凸纹
三、设计题
1、说明示例：
①采用框架结构，长方体，有较好的稳固性；（结构、稳定性、强度）
②上方均匀分为若干小方格，以便放置长雨伞；折叠伞可挂在周围一圈的小
钉子; （实用性）
③下方铺上一定尺寸的地毯，以方便吸水；或在下方开一小孔，以方便漏水。
（与教师环境相符）
2、工具：木工尺、框锯、木工刨、羊角锤等。