《結構的強度》案例

黑龍江省實驗中學

陳 醉

引課：我在中央電視臺曾看到這樣一則報道：一名勇敢的洞穴探險者，由于裝備簡陋，僅僅憑借一根細麻繩，進行洞穴探險活動，結果在途中，不幸發(fā)生了，繩子斷了，人也掉進了70余米深的洞穴里，摔成重傷。因為，繩子不結實。專業(yè)探險家多采用比較粗的尼龍繩，并有科學、先進的設備做保障。生活中，我們常說，結實與不結實，就是指結構的強度。

那么，今天，我們就來研究結構的強度，以及影響結構強度的主要因素。

在我們的生活中有時候會遇到這樣的事情：PPT（案例分析）

案例分析：

       生活中有這樣的情況，人坐在一只小板凳上，用力搖幾下，板凳就壞了，人也摔倒在地上。人踩在窗戶的防盜網(wǎng)上擦玻璃，防盜網(wǎng)合金條的焊接處斷裂，險些釀成大禍。

問題： 根據(jù)你的理解，結合教材，上述情況是什么原因造成的？

（學生回答）

教師總結：這是由于板凳、防盜網(wǎng)沒有能夠承受住人的重力所造成的后果。我們說它們不結實，板凳和防盜網(wǎng)合金條的焊接處不結實，板凳和防盜網(wǎng)的結構不能夠抵抗外力---人的重力---所造成的對它們的破壞。

結構的強度就是指結構具有抵抗被外力破壞的能力。PPT

結構的強度是通過構件和材料來體現(xiàn)的。構件在外力的作用下會變形。同時構件內(nèi)部各質點之間的作用力發(fā)生了改變，這種作用力的改變稱作內(nèi)力。

    一般說來，外力越大，則構件的內(nèi)力越大。內(nèi)力達到一定程度時，構件就會被破壞。在工程設計中，不允許任何構件在正常工作情況下被破壞。

技術試驗1：PPT

         我們做一個簡單的技術試驗，這是一張白紙，我很容易機會把它撕碎，這是一條皮帶，有誰能用手把它撕碎？

（一名學生上來試一試學生，學生回答）

結論：不同的材料，構成的結構其強度各不相同。

          結構的強度與材料有關。

從強度角度看，外力越大，構件內(nèi)力隨之越大，構件危險就越大。PPT

          構件單位截面面積所受的內(nèi)力稱為構件的應力。

公式：σ = N/A

 σ——應力     兆帕  (MPa)

N——內(nèi)力      牛 N

A——橫截面積    米 m2

               公式表示：應力、內(nèi)力和橫截面積之間的定量關系。PPT

由公式可知，在內(nèi)力不變的情況下，構件和材料的橫截面積越大，應力越小，危險性就越小。

            同截面垂直的應力稱為正應力或反應力。如，柱體垂直受壓時，其橫截面上的應力就是正應力。

            同截面相切的力稱為剪應力或切應力，如剪切物體時，剪切面上就有剪應力。

而梁彎曲時，其橫截面上除了具有正應力外，還有剪應力。

技術試驗2：PPT

如圖，一張A4紙承載砝碼的質量有限，改變A4白紙的形狀，會不會增加承載質量？

動手試一試，并記錄承載鉤碼（砝碼）的質量。想一想，你能有幾種方法？

技術試驗提示：PPT

1、直接在白紙上

2、將白紙折疊成柱狀

3、將白紙折疊成瓦棱狀

4、將白紙折疊成三角棱柱狀

5、將白紙折疊成槽型

6、將白紙卷成圓柱狀

分別增加砝碼（鉤碼）質量，直到變形為止，記錄承載的質量，分別比較上述試驗結果，記錄并進行交流。

（學生動手做，并交流）

試驗結論：

         結構的強度與結構所用材料的形狀有關。

技術試驗3：PPT

         分別用A4白紙，圍城兩個四棱柱體桿件，其中一個，接口處用透明夾帶粘連，分別作承重試驗。觀察現(xiàn)象并分析。

（學生動手做，并交流）

結論：PPT

結構的強度與結構的連接方式有關。不同的連接方式，結構的強度也不同。

總結：影響結構強度的因素：

        結構的強度，一般取決于它對張力和壓力兩方面的反應能力，具體地說取決于

以下因素：

        形狀：構成的形狀略有改變，強度就會改變。

        材料：不同材料有不同承受應力極限的能力。形狀相同，材料不同，強度就不

同。

        材料的連接方式：不同的連接方式，受力傳遞方式和效果不一樣。

作業(yè)： PPT

          收集橋梁結構的材料、圖片等相關信息，制定橋梁結構設計方案。