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第一章


第一章 结构与设计 单元复习及练习题
技术与设计2

【复 习】
1. 结构的定义:事物的各个组成部分之间的有 序搭配和排列。(广义)

结构是指可承受一定应力的物体形态,结 构可以抵抗能引起形状和大小变化的力。
2. 结构所受力的类型:拉力、压力、扭曲力、 弯曲力、剪切力。 3.结构的分类:实体、壳形、框架

结构。

4. 结构稳定性:结构在荷载作用下维持其原 有平衡形式的能力。 影响结构稳定性的因素: 结构的支撑面积(支撑面积越大,越稳定) 结构的重心(重心越低越稳定,重心所在 点的垂线落在结构支撑面内) 结构的形状(三角形的稳定性)
5. 结构强度:构件和材料抵抗破坏的能力。 影响强度的因素:材料 、形状(结构的外 部形状和横截面形状) 、材料连接方式

6. 强度与稳定性的联系与区别:
稳定性是研究物体的保持平衡状态的能 力,强度是研究不被外力破坏的能力。 7. 应力和强度的关系:用应力来衡量强度。应 力小,变形就小,抗变形能力就大。 8. 内力:构件在外力作用下会变形,同时构件 内部各质点之间的相互作用力发生了改变,这 种作用力的改变称作内力。 9. 应力:构件单位截面面积上所受的内力。 σ = N/A σ——应力,N——内力,A——横截面积

【 练习题 】
一、选择题
1. 分析下列物体的结构类型,判断哪个不属于壳体结 构。( D )
A、西瓜 B、圆形陶瓷饰品 C、贝类 D、金字塔 2. 吊兰支撑架使用三角形支架结构,而不用由一根直 杆挑起的结构,这说明以下哪个因素( B )影响着 结构强度? A、材料 B、形状 C、构件 D、连接方式 3. 走钢丝的人手上拿着一条长棒的目的是( B )。 A、美观 B、重心低 C、保护 D、支撑

4. 下列结构是受自然界事物结构启发而产生的( A、口杯 B、衣服 C、飞机 D、手表

C

)。

5. 可以用受力结构的稳定性来解释的事实是( B )。 A、拔河的绳子断裂 B、广告牌被台风吹倒 C、鸡蛋在某种情况下可以承受很大的外力 D、耳机与电脑主机的插口接触不良,听不到音乐

6. 在日常生活中,你所见到的以下哪一个结构是不属 于利用不稳定的结构实现某些功能的。( C ) A、游乐设施的跷跷板功能结构; B、房间门口的活页功能结构; C、学校运动场的篮球架结构; D、圆珠笔的笔嘴结构。

7. 用手拧湿毛巾时,对毛巾施加的外力叫( B )。 A、重力 B、扭曲力 C、剪切力 D、弯曲力 8. 如图所示多功能椅子,平时可以当椅子使 用,还可以用来搬运小物品。从力学架构与 形态方面考虑,该椅子的结构属于( )。 B A.实体结构 B.框架结构 C.壳体结构 D.桁架结构 9. 如图所示的一个咖啡桌,在不影响其实用性 的情况下,增加桌子的稳定性,下列做法中最 优的方法是( )。 D A.减小桌面的面积 B.降低桌面的高度 C.增大桌面的质量 D.增大三角支架的质 量

10. 城市居民用水多数通过市政的输水管道输送,水管 的结构类型属于( B )。 A、框架 B、壳体 C、实心 D、桁架结构 11. 梁在荷载作用下发生弯曲,如图所示,下面关于 梁上下表面发生形变的正确描述是( A )。 A、上表面发生挤压形变,下表 面发生拉伸形变。 B、上表面发生拉伸形变,下表 面发生挤压形变。 C、上下表面均发生挤压形变。 D、上下表面均发生拉伸形变。

12.下列构件连接方式属于不可相对运动连接的是( D ) A.合页连接 B. 轴承连接 C. 销钉 D. 捆绑

13. 如图3,为一个多层书架,在书架的背部有一个 十字形的连接件,用螺丝固定在书架的侧板上,其 目的主要是( B )。 A、增加固定的强度; B、增加被固定器具的稳定性; C、使固定部分更美观; D、提高售价,获得更多的利润。
图3

14. 影响结构稳定性的因素有( D )。 A.物体的质量 B.材料 C.材料之间的联接方式 D.物体重心的位置以及支撑面形状与面积大小

二、填空题
有序搭配 1. 结构是指事物的各个组成部分之间的__________ 和__________ 。 排列

壳形结构 框架结构 、__________ 2. 结构分为:实体结构、__________ 三种最基本的类型。
重心位置 、 3. 影响结构稳定性的主要因素 __________ _________________ 支撑面积的大小 、__________ 结构的形状 。
4. 影响结构强度的主要因素有结构的形状、 __________ 使用的材料 、___________________ 构件之间的连接方式 。

5. 结构的稳定性是指结构在负载的作用下维持其原 有____________ 平衡形式 的能力。

铰连接 ; 6. 结构构件的连接通常有哪两类?(1)________ (2)________ 刚连接 。 敞肩拱 7. 赵州桥最大的科学贡献在于它的“___________” 的创造。 技术 8. 欣赏经典结构设计作品一般可从___________ 与 __________ 角度进行。 文化

三、判断题
1. 结构强度与形状、材料和连接方法有关。(√ 2. 物体的结构强度越大它的稳定性越大。( × ) 3. 照相机的三角架稳定是因为与地面接触面积大(× ) 4. 结构的形状不同,其稳定性也不同。(√ 5. 任何结构都是利用它的稳定性。( × ) ) )

四、 简答题
1. 有的矿泉水瓶上有若干凸起的横向纹路,它的作 用是什么? 答:一是增加瓶子的强度,受力不容易变形;二 是增大手与瓶子之间的摩擦力。 2. 结构设计应考虑的主要因素?

答:符合使用者对设计对象的稳定性和强度要求, 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 求和一定的使用寿命等。

3. 在交通法规中规定,驾乘两轮摩托车必须戴好安 全帽,否则会被罚款,扣分。请你从结构的角度 说明为什么要戴安全帽? 答:当出现交通意外时,摩托车手头盔的某一 部位受到一个大的撞击力,由于头盔的壳 体结构,使得所受力迅速分布到其表面, 形成整个头盔表面均匀受力,而不是某一 点受很大的力,这样就起到了保护摩托车 手安全的目的。

例题解析

答案:A )

【例l】吊扇在启动瞬间,吊杆的主要受力形式有( ①拉力 ②压力 ③剪切力 ④扭转力 A.①④ B.①② C.①③ D.②③ (分析) 本题考查“构件受力的形式”。构件基本受力

形式主要有拉力、压力、剪切力和扭转力等。拉力:物体所 承受的拉拽力;压力:挤压物体的力;剪切力:两个距离近、 大小相等、方向相反且作用于同一物体上的平行力;扭转力: 反方向对物体两端均匀施力,使物体发生扭转形变的力。很 多时候,构件可能同时受到几种不同形式的力的作用,吊扇 在刚刚启动的过程中,吊杆要克服吊扇的拉力、电扇启动时 产生的扭转力。

【例2】如图是钱塘江大桥, 从结构的形态来看,横跨于两 个桥墩之间的桥梁所属的结构 类型是( ) 答案:B A.实体结构 B.框架结构 C.壳体结构 D.组合结构 (分析)本题考查“结构的类型”。结构一般 分为三种基本类型:实体结构、框架结构、壳体 结构。大多数现代建筑物的结构是由若干种基本 结构类型组合而成的。钱塘江大桥的桥墩是实体 结构,横跨桥墩之间的桥梁是框架结构。

【例3】 如图所示为一张学生制作 的小木凳。小木凳脚架之间采用的 连接方式是( ) 答案:C A.铆接 B.铰连接 C.榫接 D.焊接 (分析)本题考查“构件连接的类型”。构件的连 接类型比较多,金工有铆接、焊接、胶接等;木工 有榫接、钉接等;按连接后的活动效果.可分为钢 连接、铰连接。小木凳的四支脚架由几根横木段通 过榫接而成。

【例4】案例分析题 如图Z-5-3,从结构强度的角度分析塑料板凳的 凳脚设计成凹凸形状而不是简单的平直形状。 [提示] 塑料板凳的凳脚设计成半凹凸形,主要 是为了提高凳脚强度。 (分析) 本题考查“构件的强度与结构的形状 有关”。设计成凹凸形状.抗压强度提高。

一根材质匀称的木质横梁,长2.5m,截面 规格为30cm×20cm,两端架在相距为2m的 支撑墙上.如按竖摆和横摆两种方式(如图Z5-5所示)摆放,则木质横梁的承重(上往下压) 能力( ) A A.如甲图所示竖摆方式承重大 B.如乙图所示横摆方式承重大 C.一样大 D.不确定

4.“康师傅”矿泉水的瓶子外形结构如图甲所 示,A、B两处是矿泉水瓶壳的不同结构.A处有 内环圈,B处没有。则A、B两处抵抗外界向内挤 压(如图乙)的能力( ) A A.A处比B处大 B.B处比A处大 C.不能确定 D.一样大

5.一颗高4m、树干直径约10cm的树移植到另一处, 为了抵消外力对树的影响,采用细钢丝或竹竿固定, 下列方法最不能达到目的是( ) A

A.用单根竹竿固定 B.用三根竹竿固定 C.用两根钢丝固定 D.用三根钢丝固定
6. 如图Z-5-7所示为可移动的篮球架,为了使篮球架 前运动员更加安全,现需要增加稳定性,实施有效 稳定性的方法有( ) C A.增加底座后部面积 C. 底座后部加重 B. 减轻底座后部质量 D.减少底面积

7.古塔一般为砖木结构,其结构稳定性不是由下 列因素决定的( ) D A.塔基的面积 B.塔身高度 C.建造塔所用的材料 D.塔周围风的大小

小明设计了一种日光灯的安装方案,由于房间层高 比较高.为安装方便,小明采用悬吊方案,设计图 如右下图所示.只用一个挂钩,再通过尼龙绳与日 光灯架连接。请指出该设计的不足之处.并提出改 进方案。

由于日光灯与挂钩之间不是 采用钢连接.且只有一个挂 钩,日光灯容易转动,改进 方案见右图。

如下图是学生用木材制作的衣帽架, 连接方式有榫接、钉。根据设计要求,高度不低于 lm,至少能挂四件衣服(每件约1kg)。现在要测试 其稳定性,请设计一个测试方案。 试验方案可设计两块内容: (1)测试能否达到设计要求。,根据设计要求,衣帽 架至少能挂四件衣服(约1 kg),那么在各横架外侧至 少应能挂上l kg以上的重物。在衣帽架上方各横架外 侧挂l kg重物,若翻倒,稳定性差,达不到设计要求 (2)测试衣帽架能否达到较高要求。如果测试能达到 设计要求,那么可测试衣帽架能否达到更高的稳定性 要求,如在各横架外侧挂5 kg的重物,看结果能否 翻倒。
试验内容
1
2

试验题

试验结果

稳定性

在上方各横架外侧挂 l kg重物
在上方各横架外侧挂 5 kg重物

分析题 过去农村地区人们用木制水桶在深井
打水,常常要在水桶口的边缘绑上一个小重物, 水桶降到水面时能自动侧翻,方便水桶进水.请 根据所学的知识从结构的稳定性分析这一做法。

在水桶口的边缘绑上一重物,改变水桶重 心,降低稳定性,使水桶在水面易侧翻。

分析题 如图所示是意大利比萨斜塔。该塔向 南倾斜大约5.5°.这意味着斜塔第七层的柱 子比第一层要探出大约4.5m,但它没有倒塌。 请分析比萨斜塔没有倒塌的主要原因.

比萨斜塔不倒的主要原因是其重心的投影点还落在支撑 面内.其次斜塔本身具有一定的结构强度.可以抵抗因 倾斜而造成的弯曲应力,

农用三轮车在转弯时,由于支撑面积小,比四轮 车更易侧翻,为了保证行车安全,一般行驶中应 该注意的是( ) D A.尽量将物品放在两侧 B.尽量将重物搁在后面 C.弯道上快速行驶 D.弯道上放慢速度

材质相同、长度相同、截面积相同,但截面形状不同的直 杆件,在杆件两端分别施加拉力和压力,则下列说法正确 的是( ) B A.抗拉能力一定不同,抗压能力有可能不同 B.抗拉能力一定相同,抗压能力有可能不同 C.抗拉能力一定不同,抗压能力有可能相同 D.抗拉能力一定相同,抗压能力一定相同

如图为一卫星整流罩的主视图。卫星整 流罩的主要作用是保护卫星不受外界影 响.免受各种气动力、气动加热的作用。 从结构的类型来看,整流罩属于( ) B A.实体结构 C.框架结构 B.壳体结构 D.组合结构

如下靠上边图是一张四脚小方凳的直观图及视图, 由于天气干燥,榫接部位松动,出现左右摆动,小 明准备用方木条、铁钉为原材料.进行加固.如下 靠下边图所示,效果最好的方法是( ) C

如图.椅子的脚粗细不一,一个人坐上去之后,关 于A、B两处应力的大小,下列说法正确的是( ) B A. A处应力大.B处应力小 B. A处应力小,B处应力大 C. A、B两处的应力一样大 D. A、B两处的应力大小不能比较

应力:构件单位截面面积上所受的内力。 σ = N/A σ——应力,N——内力,A——横截面积

.下列因素对钢筋混凝土电线杆的稳定性影响最大的是

(

) D

A.电线杆的直径 B.电线杆在地面处的截面积 C.电线杆周边风的大小 D.电线杆地下的深度

悬索桥上的绳索除了承受自身的重力外,主要是承受 ( ) D A.压力 B.扭转力 C.剪切力 D.拉力

设计题 如图所示,一个厂家生产的铁质轴承座的模 型,该产品在工作时.轴承座上方圆柱孔受力较小, 且孔的内壁各处受力最大值相近。由于近年来钢材价 格猛涨,为降低原材料成本,请你对轴承座的结构进 行优化,并将优化的方案用草图表达。
.用最少的原材料.并达到设计要 求,这是结构设计追求的日标。对 轴承座的结构优化,有多种方案, 右图是其中一例。

分析题 大跨度承受压力一般用“人”字形梁,其结
构形状如图所示,主要由四个杆件AB、AC、BC和AD组成, A、B、C为结点。AD为钢筋,杆件AB下方由螺栓拧紧。当 A点承受向下的压力时,分析“人”字形梁构件AB、BC所 受的主要外力,说明哪个构件更适合用钢筋。

构件AB所受的主要外力是压力,构件BC所 受的主要外力是拉力;钢筋抗拉能力强,大 跨度抗压能力差,故构件BC更适合用钢筋。

分析题 如图,路灯立柱与底盘接头,试分析
三角状筋板的作用。

电线杆与底盘采用刚连接,由于连接面积小, 应力大,连接处容易断裂。加三角状筋板,主 要是提高连接处的强度,更好地抵抗外力。

分析题 如图.马达通过皮带带动轴转动,从
力的角度.分析轴AB的主要作用。

抵抗弯曲(抵抗皮带上的拉力);传送扭转力


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