1、第十章结构 10.1结构与自然 荷花为什么出污泥而不染 ? 根据有关研究表明，荷叶表面是由无数个 10微米大小的乳突组成的，每个乳突上布满了100纳米更小的乳突。组成了一个微纳米结构。由水的张力所形成的最小水珠也远远大于这个尺寸，它实际是悬浮在这些乳突上面的，或者说，水珠是被这些针状物的乳突支撑着的，荷叶的这种结构具有极好的疏水性。当荷叶略微倾斜时，水珠就会粘带泥土滚落下来，所以会出污泥而不染。 1毫米 =1000微米 1微米 =1000纳米 例：人工钢结构箱形梁 1.人坐在上面要保持椅子不倒，支撑椅子的那段 u形钢管，横宽和纵深要多少 2.钢管要能充分承受一个年轻人的体重不破坏，钢管直径壁厚
2、要有多少 3.富于弹性是钢管椅的关键性特征，恰到好处的弹性才能让人充分享受钢管椅的舒服和乐趣，计算变形便是设计中的一个重点。 10.1结构与强度 所谓结构是用来支撑物体或承受物体重量的一种构成形式。 瑞士建筑师 Nicola Enrico Stubli 设计的 FoldSchool 纸板家具，你可以从他的网站 下载免费的模型。只需一台打印机，一些纸板、剪刀和你的双手，就可以制造出 令人惊讶的坚固的坐椅。 建于 隋 大业 (公元 605-618)年间，是著名匠师李春 建造。桥长 50.82米， 跨径 37.02米，券高7.23米，是当今世界上跨径最大、建造最早的单孔敞肩型 石拱桥 。因桥两端肩部
3、各有二个小孔，不是实的，故称敞肩型，这是世界造桥史的一个创造（没有小拱的称为满肩或实肩型）。桥上有很多的东西，类型众多，丰富多彩。 10.1.1结构强度与材料形态的关系 产品总是由许多构件组成的，必须使每个构件在使用中 安全可靠， 才能保证产品的正常工作。 结构中主要研究的问题 构件的强度，指构件受力中抵抗破坏的能力 构件的刚度，指构件受力中保持原有平衡的能力 安全性与经济性、美观性的矛盾 1.重心 1）工业产品的设计、使用常常涉及重心这个概念。物体重心在力学上的意义，可以理解为所有各组成部分所受重力的合力作用点。 2）均质球体的重心在球心，均质立方体的重心在对角线交线的交点，均质圆柱体、圆锥
4、体的重心在轴线某点处。 3）物体重心的确定 a.重心的坐标公式 b.实验法 悬挂法 秤重法 2.内力、应力与应变 1.内力：由外力引起的构件（或说材料）内部各个部分之间相互作用力的改变量，称为内力。 2.应力 :单位面积上的内力称为应力。 3.拉压变形与应变 虎克定律 a.绝对变形 变形后的尺寸与变形前的尺寸之差，称为绝对变形。 l=l1-l b.相对变形 线应变 绝对变形与原始尺寸之比，称为相对变形，又称为线应变。 =l/l c.虎克定律 受轴向拉伸或压缩的杆件，当应力未超过某一限度时，杆件的绝对变形 l与轴力 N及杆件原长 l成正比，与杆件的横截面面积 A成反比。 l=Nl/EA (E为材
5、料的拉压弹性模量，弹性模量表征了材料抵抗拉伸压缩的性能，是材料的刚性指标 ) =E 材料名称 E 材料名称 E 材料名称 E 碳钢 196 214 合金钢 186 216 灰铸铁 113 157 铜及其合金 73 128 硬铝合金 70 橡胶 0.0079 木材 (顺纹 ) 9.8 12 木材 (横纹 ) 0.5 0.98 聚丙烯 (PP) 1.32 1.42 耐热型 ABS 2.5 尼龙 1010 1.6 低压聚乙烯 0.49 0.78 4.拉压杆的强度分析 1）拉压杆的强度计算 =N/A N为危险截面上的轴力值， A为危险截面面积。 危险截面：指构件上产生最大工作应力的截面。 强度计算一般
6、有三类问题 a.强度校核： =N/A b.设计界面尺寸 AN/ C.计算许可载荷 N A 5.剪切和挤压强度的计算 a.抗剪强度与切应变 螺栓连接 铆钉连接 销轴连接 剪应力在剪切面上的分布情况是非常复杂的 工程上往往采用实用计算的方法 AF可见，该实用计算方法认为剪切剪应力在剪切面上是 均匀分布 的。 许用剪应力 上式称为剪切强度条件 其中， F 为剪切力 剪切面上内力的合力 A 为剪切面面积 b.挤压 当两物体接触而传递压力时，接触面间形成互相挤压。如果在不大的接触面间存在着较大的压力，则局部接触面可能被压陷、压塌，直至压碎，这种现象称为挤压破坏，而与之相应的受力形式则称为挤压 铆钉或螺栓连接
