《結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度》案例

黑龍江省實驗中學(xué)

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(xì)麻繩，進(jìn)行洞穴探險活動，結(jié)果在途中，不幸發(fā)生了，繩子斷了，人也掉進(jìn)了70余米深的洞穴里，摔成重傷。因為，繩子不結(jié)實。專業(yè)探險家多采用比較粗的尼龍繩，并有科學(xué)、先進(jìn)的設(shè)備做保障。生活中，我們常說，結(jié)實與不結(jié)實，就是指結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。

那么，今天，我們就來研究結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，以及影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(jié)合教材，上述情況是什么原因造成的？

（學(xué)生回答）

教師總結(jié)：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(jié)實，板凳和防盜網(wǎng)合金條的焊接處不結(jié)實，板凳和防盜網(wǎng)的結(jié)構(gòu)不能夠抵抗外力---人的重力---所造成的對它們的破壞。

結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度就是指結(jié)構(gòu)具有抵抗被外力破壞的能力。PPT

結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度是通過構(gòu)件和材料來體現(xiàn)的。構(gòu)件在外力的作用下會變形。同時構(gòu)件內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)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(gòu)件的內(nèi)力越大。內(nèi)力達(dá)到一定程度時，構(gòu)件就會被破壞。在工程設(shè)計中，不允許任何構(gòu)件在正常工作情況下被破壞。

技術(shù)試驗1：PPT

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

（一名學(xué)生上來試一試學(xué)生，學(xué)生回答）

結(jié)論：不同的材料，構(gòu)成的結(jié)構(gòu)其強(qiáng)度各不相同。

          結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與材料有關(guān)。

從強(qiáng)度角度看，外力越大，構(gòu)件內(nèi)力隨之越大，構(gòu)件危險就越大。PPT

          構(gòu)件單位截面面積所受的內(nèi)力稱為構(gòu)件的應(yīng)力。

公式：σ = N/A

 σ——應(yīng)力     兆帕  (MPa)

N——內(nèi)力      牛 N

A——橫截面積    米 m2

               公式表示：應(yīng)力、內(nèi)力和橫截面積之間的定量關(guān)系。PPT

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

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

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

而梁彎曲時，其橫截面上除了具有正應(yīng)力外，還有剪應(yīng)力。

技術(shù)試驗2：PPT

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

動手試一試，并記錄承載鉤碼（砝碼）的質(zhì)量。想一想，你能有幾種方法？

技術(shù)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(zhì)量，直到變形為止，記錄承載的質(zhì)量，分別比較上述試驗結(jié)果，記錄并進(jìn)行交流。

（學(xué)生動手做，并交流）

試驗結(jié)論：

         結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)所用材料的形狀有關(guān)。

技術(shù)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(xué)生動手做，并交流）

結(jié)論：PPT

結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)的連接方式有關(guān)。不同的連接方式，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度也不同。

總結(jié)：影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的因素：

        結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，一般取決于它對張力和壓力兩方面的反應(yīng)能力，具體地說取決于

以下因素：

        形狀：構(gòu)成的形狀略有改變，強(qiáng)度就會改變。

        材料：不同材料有不同承受應(yīng)力極限的能力。形狀相同，材料不同，強(qiáng)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(jié)構(gòu)的材料、圖片等相關(guān)信息，制定橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。