结构与强度
复合材料的结构与强度
复合材料的结构与强度复合材料（Composite Materials）是指由两种或两种以上不同性质的材料组合而成的新型材料。
它可以充分发挥各种材料的优点，兼顾不同材料的性能要求，从而具备了独特的结构和强度特点。
本文将从复合材料的构成和制备方法、结构、以及其强度方面进行论述。
一、复合材料的构成和制备复合材料通常由纤维增强体和基体两部分组成。
纤维增强体可以是玻璃纤维、碳纤维、有机纤维等，负责承担载荷；基体则起到支撑和保护纤维的作用，可以是塑料、金属等。
通过将纤维和基体有机地结合在一起，复合材料能够充分利用各个组分的特性，实现性能优异的结构。
制备复合材料的方法主要有层叠法、注塑法和浸渍法等。
层叠法是将纤维和基体逐层叠加，然后进行热压或过热固化，使其形成坚固的结构；注塑法是将纤维与基体混合，然后通过注射或挤出塑料使其形成所需的形状；浸渍法则是将纤维浸泡在基体中，使其充分渗透，然后进行固化。
二、复合材料的结构复合材料的结构可以分为纤维增强体的排列方式和纤维方向两个方面。
纤维增强体的排列方式包括单向排列、交叉排列和随机排列。
单向排列是指纤维沿一个方向进行排列，能够承受沿该方向的载荷最大；交叉排列是指纤维交错穿插在基体中，能够均匀承受载荷；随机排列是指纤维随机分布在基体中，能够增加材料的韧性。
纤维方向是指纤维在基体中的方向分布。
单向纤维材料具有明显的各向异性，只能在纤维方向上承受较大的载荷；而交叉纤维材料因为纤维方向的交叉，可以在多个方向上均匀分布载荷，具有较好的综合性能。
三、复合材料的强度复合材料相对于传统材料具有较高的强度和刚度。
这主要得益于纤维的增强作用和基体的支撑作用。
纤维增强体能够增强材料的强度，使其能够承受较大的拉伸或压缩力。
不同类型的纤维具有不同的优点，如玻璃纤维具有较高的强度和刚度，碳纤维具有轻质且高强度等，通过选择不同的纤维可以得到适用于不同工程领域的复合材料。
基体的作用是支撑纤维，为纤维提供保护。
强度与结构
1、重力与浮力是引起船体梁总纵弯曲的主要外力。
2、载荷q(x)以向下为正；剪力N(x)以作用在梁微段dx左剖面向下为正（或右剖面向上为正）；弯矩M(x)以使船体梁发生中部向上拱起，首尾两端向下垂的弯曲为正（这种弯曲状态称为“中拱”；反之，船中部下垂，首尾两端向上翘起的弯曲状态为“中垂”）。
第二章船体总纵强度计算
1、可能出现最大弯曲应力的剖面称为危险剖面或计算剖面。由总纵弯曲力矩曲线可知，最大弯矩一般在船中0.4倍船长范围内，所以计算剖面一般应是此范围内的最弱剖面—含有最大的舱口或其它开口的剖面，如机舱、货舱开口剖面。
船体剖面模数：W=I/|Z|，是表征船体结构抵抗弯曲变形能力的一种几何特性，也是衡量船舶总纵强度的重要标志。在货舱区域内应至少计算七个横剖面上的应力，其部位如下：（1）机舱前端（2）开口长度的前端（3）在开口长度内再取五个剖面，其中至少有三个在0.4倍船长范围内（4）所有结构突变处的剖面。
11、坦谷波形的绘制方法：若以半径为R的圆盘（滚圆），沿直线AB滚动时，圆内一距圆心为r的定点P所描绘的轨迹，即为一坦谷波曲线。将直线AB（即波长）及滚圆圆周各分为数量相同的n等分（通常为八等分），分别以各等分点O0、O1 。。。O8为中心顺次将滚圆逆时针旋转360/n,记下p点的不同位置，连接各点的光滑曲线即为坦谷波曲线。在船体总纵强度计算中，通常都根据各理论站号上波面垂向坐标的相对值y/来绘制坦谷波曲线。
9、波浪要素包括波形、波长与波高。坦谷波理论：二维波的剖面是坦谷波曲线形状。两相邻波峰或波谷之间的水平距离是波长；波高是波谷底到峰顶的垂直距离。特点：波峰陡峭，波谷平，波浪轴线上下的剖面积不相等。
10、传统的标准计算方法：（1）将船舶静置于波浪上，即假想船舶以波速在波浪的传播方向上航行，船舶与波浪处于相对静止状态（2）以二维坦谷波作为标准波形，计算波长等于船长（内河船舶斜置于一个波长上），计算波高按有关规范或强度标准选取（3）取波峰位于船中及波谷位于船中两种状态分别计算。
工程结构的强度与可靠性分析
工程结构的强度与可靠性分析在工程设计中，结构的强度与可靠性分析是至关重要的一环。
准确评估和分析结构的强度和可靠性，可以确保工程项目的安全性和持久性。
本文将介绍工程结构的强度与可靠性分析的概念、方法和重要性。
一、概念与背景工程结构的强度与可靠性分析是对结构在外部载荷作用下的抵抗能力和稳定性进行评估的过程。
它涉及到结构材料的强度、结构的几何形状、载荷作用形式等多个因素的综合考虑。
通过分析结构的强度和可靠性，我们可以预测结构在实际工作条件下的性能，为工程项目提供安全可靠的设计方案。
二、分析方法1.载荷分析：首先，我们需要对结构所承受的各个载荷进行分析。
这包括静力载荷、动力载荷、环境载荷等。
通过分析各种载荷的作用方式、大小和持续时间，可以确定设计结构所需的强度等级。
2.结构模型化：建立结构的数学模型是进行强度与可靠性分析的基础。
根据结构的几何形状、材料性质等因素，选择适当的模型表达结构的受力行为。
3.强度计算：根据结构的数学模型和载荷分析的结果，进行强度计算。
这涉及到结构力学原理、材料力学等方面的知识，可以采用有限元分析、解析方法等多种计算手段。
4.可靠性分析：在强度计算的基础上，进行可靠性分析是进一步评估结构安全性的重要步骤。
通过引入可靠性设计指标，考虑结构参数的随机性，提供结构能够满足设计要求的概率分布。
5.评估与改进：根据强度与可靠性分析的结果，评估结构的安全性和可靠性，发现潜在的问题和缺陷。
并根据评估结果，提出相应的改进方案，使结构在设计、施工和使用过程中更为安全可靠。
三、重要性与应用工程结构的强度与可靠性分析对于保证工程项目的安全性和可持续性具有重要意义。
只有经过充分的分析和评估，才能确定合适的结构设计方案，使结构在实际使用中不会发生破坏、事故等意外情况。
工程结构的强度与可靠性分析广泛应用于各个领域，如建筑工程、桥梁工程、航空航天工程等。
在建筑工程中，通过对建筑物的强度与可靠性进行分析，可以确保建筑物在地震、风灾等自然灾害面前有足够的抵抗能力。
机械结构与强度计算
机械结构与强度计算机械结构是指机械设备或机器的组成部分，它们的设计和分析需要进行结构与强度计算。
结构和强度计算是机械工程中重要的一部分，它涉及力学、材料科学和计算机技术等多学科知识。
本文将介绍机械结构与强度计算的基本原理和方法。
一、结构计算结构计算是指对机械结构进行强度和刚度等方面的计算以确定其可行性和稳定性。
在结构计算中，需要考虑的主要因素包括应力、变形、振动和疲劳等。
以下是结构计算的主要内容：1. 应力分析应力分析是结构计算的基础，它通过建立力学模型和应用力学原理来计算结构中的应力分布。
常用的应力分析方法包括解析分析、有限元分析等。
2. 材料性能材料性能是进行结构计算的重要参考依据，它包括材料的强度、刚度、韧性等。
在结构计算中，需要将材料的特性参数考虑进去，以保证结构的安全可靠。
3. 变形分析变形分析是指计算结构在外部载荷作用下的变形情况。
通过变形分析，可以了解结构在工作条件下的变形程度，从而确定结构的稳定性和刚度。
4. 振动分析振动分析是指计算结构在工作状态下的振动情况。
振动分析有助于了解结构的固有频率和共振问题，从而避免振动引起的破坏或性能下降。
5. 疲劳分析疲劳分析是指计算结构在多次循环加载下的寿命和疲劳破坏情况。
通过疲劳分析，可以预测结构在使用寿命内的可靠性和安全性。
二、强度计算强度计算是指对机械结构的强度进行评估和验证，以确定结构是否能够承受外部载荷。
以下是强度计算的主要内容：1. 载荷分析载荷分析是指计算机械结构在受到外部加载时的应力情况。
通过载荷分析，可以确定结构在各种工况下的承载能力。
2. 安全系数安全系数是指结构的承载能力与设计荷载之间的比值。
在强度计算中，需要将安全系数考虑进去，以保证结构在正常工作状态下不会发生破坏。
3. 设计优化设计优化是指通过优化设计来提高结构的强度和性能。
在强度计算中，可以通过改变结构的几何形状、材料选择等方面来实现设计优化。
4. 破坏分析破坏分析是指对结构破坏的类型和原因进行分析。
三、影响结构强度的因素
第一单元 结构与设计
1.2 稳固结构的探析
请同学们看图!
二、结构与强度：
1、结构的强度： 结构具有的抵抗被外力平衡状态的能力，强
度是研究不被外力破坏的能力。
马上行动：根据生活经验填写。
事件
结果
分别在一根竹竿和一根同 脆性塑料
样尺寸的脆性塑料杆上不 断加相同质量的重物
2、影响结构强度的主要因素
结构的强度与结构的形状、使用 的材料、构件之间的连接方式等因素 有密切的关系。
形状
• 外部形状：三角形、拱形等； • 截面形状：工字形、十字形、长方
形、L形、圆形、U形。
工字形截面
圆形截面：
材料
从纸杯到塑料杯到无锈钢杯，说 明强度和材料有关。
2. 强度与材料
杆易断
沿着垂直中心线的方向撞 中间有焊 击一根完整的钢管与用同 接缝的钢 样的方法撞击一根中间有 管易断
焊接缝的钢管
主要原因
不同材料 的抗拉性
能不同
结构的连接 方式不同
二、结构与强度
2、影响结构强度的主要因素：
（1）结构的形状
钻石与石墨的结构
• 三角形是框架结构中最基本的形状之一, 它结实、稳定，所用材料最少，有比较 好的强度。
VS
纸杯
钢杯
结构的强度与材料有关
2、影响结构强度的主要因素：
（3）构件之间的连接方式
铰连接——被连接的构件在连接处不能相对 移动，但能相对转动。（松螺栓）
刚连接——被连接的构件在连接处既不能相 对移动，也不能相对转动。（榫接、胶接、 焊接）
3 结构的连接
结构构建的连接通常有以下两类：
铰连接 刚连接
构件的连接方式：
铰连接：被连接的构件在连接处 不能相对移动，但可相对转动。
结构与强度_功能
结构具有的抵抗被外力破坏的能力。
内力：反映材料抵抗外力破坏的能力。
应力：构件单位面积上所产生的内力。
扭绞的绳子为什么不容易拉断？
马上行动：
脆性塑料杆易断
不同材料抗 拉性能不同
中间有焊接缝 的钢管易断
构建的链接 方式不同
①结构的材料
钢筋混凝土 钢筋抗拉性能好
②结构的形状
三角形是框架结构中最基本的形状 之一,它结实、稳定，所用材料最少。
刚 三角架属于_____连接；
比一比
• 比较左图中同一结构的几种连接 方式,构改变
带挡板的菜板
结构改变
多段旋转龙头
结构与功能
结构的变化可能导致功能的变化
残疾人专用电动车
雨伞与拐杖
很多矿泉水瓶上都有凸起的横向纹路， 它有什么用吗？
探究
一个用4根小木条钉成的相框，牢固吗？
有什么方法可以使它变牢固？
③构件间的连接方式
泰顺廊桥
③构件间的连接方式
搭 接 而 成
别 压 穿 插
2.影响结构强度的主要因素:
③结构的连接方式
（1）刚连接：被连接的构件在连接处既
不能相对移动，也不能相对转动。
具体有榫接、胶接、焊接等
刚连接
榫接
胶接 焊接
2.影响结构强度的主要因素:
③结构的连接方式 （2）铰连接：被连接的构件在连接处不能
相对移动，但可相对转动。 如折叠伞伞骨间的连接，门与门框的连接等
练习：在自行车各部件之间的连接中
铰 刹车连杆之间属于_____连接；
练习：在自行车各部件之间的连接中
刚 辐条与钢圈之间属于______连接
练习：在自行车各部件之间的连接中
解释强度的概念
解释强度的概念强度是一个物理概念，用来描述物体抵抗外部力量的能力。
简而言之，它衡量了物体在受到外力作用下保持形状完整性的程度。
强度可以用来描述各种物体，包括材料、结构和构件等。
强度的概念可以分为两个方面：材料强度和结构强度。
材料强度是指材料本身在承受外力时的抵抗能力，而结构强度则是指构件或系统的整体强度，考虑了材料性质和构造形式等因素。
在材料强度中，分为拉伸强度、压缩强度、切割强度和弯曲强度等不同的形式。
拉伸强度是指材料在受到拉力作用时的抵抗能力。
当材料受到拉力时，内部的原子结构会发生相对位移，并随着拉力的增大而发生断裂。
拉伸强度可以用来衡量材料的抵抗断裂的能力，通常通过材料的断裂强度来表示。
压缩强度是指材料在受到压缩力时的抵抗能力。
当材料受到压缩力时，内部的原子结构会发生相对位移，并最终导致材料的塑性变形或压碎。
压缩强度可以用来衡量材料的抵抗塑性变形或破碎的能力。
切割强度是指材料在受到剪切力时的抵抗能力。
当材料受到剪切力时，材料内部的原子结构会发生剪切变形，当剪切力超过材料的承载能力时，材料会出现剪切断裂。
切割强度可以用来衡量材料的抵抗剪切断裂的能力。
弯曲强度是指材料在受到弯曲力时的抵抗能力。
当材料受到弯曲力时，会引起内部剪切和压缩力的变化，如果弯曲力超过了材料的弯曲强度，材料会发生塑性变形或断裂。
弯曲强度可以用来衡量材料的抵抗弯曲变形或断裂的能力。
除了材料强度，结构的强度也非常重要。
例如，在工程学中，我们需要评估一个桥梁或建筑物的结构强度，以确保其在外部负载下不会发生倒塌或断裂。
结构强度的评估通常需要考虑材料的强度特性、结构设计满足需求的程度以及结构的负载能力等多个因素。
强度的概念在材料科学、土木工程、机械工程和航空航天等领域中具有广泛的应用。
通过评估强度特性，我们可以选择最合适的材料和结构设计，以保证物体的可靠性和安全性。
总之，强度是衡量物体抵抗外力的能力的概念。
它包括材料强度和结构强度两个方面。
结构的强度与稳定性
1.结构稳定性 2.影响结构稳定性的主结构与强度，结构与 功能
结构与强度
结构的强度(Strength)是指结构具有抵抗被 外力破坏的能力.
拔河
绳子的强度
强度与稳定性的联系与区别
稳定性是研究结构保持平衡状态的能力 强度是研究结构不被外力破坏的能力
下列物品一般不是利用降低重心高度来实 现稳定性状态的是（）
A 电风扇的底座 B 不倒翁
C 汽车的底座
D 溜冰鞋
如图所示是我们日常生活中经常使用的瓷 碗，这种碗的碗脚在制作上用料一般较厚， 采用这种设计的主要目的是为了（）
A 不太烫手
B 美观
C 增加强度
D 增加稳定性
自行车的三脚架是（）
A 框架结构
B 壳体结构
C 实体结构
D 组合结构
自行车要前行，人要不断地踩脚踏板，此时自行 车中轴主要受到的力是（）
A 压力
B 剪切力
C 拉力
D 扭转力
自行车的挡泥板是（）
A 框架结构
B 壳体结构
C 实体结构
D 组合结构
探究活动
背景材料： 在生产生活中，我们经常会遇到开会、听
报告等集体活动，在会议上，我们需要做 书面记录。由于受场地的限制，为使容量 最大化，多数会议室只安装固定椅子没有 桌子，从而给我们的书写带来不方便。 问题提出：如何解决书写不方便的问题？
构件的连接方式
连接方式
连接特性
应用实例
铰连接
被能连相接 对的移构动件，在可连相接对处转不动。门折接与叠门式框雨合伞页伞连骨接连，
刚连接
被连接的构件在连接处既 不能相对移动，也不能相 对转动。
焊连接、木凳的榫 结构，胶合物品。
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A、材料
B、形状
C、构件
D、连接方式
返回
你得到金蛋了
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搭桥
你过第得三到关银第蛋一段了
通关
不通关
返回
练习：在自行车各部件之间的连接中
1、刹车连杆之间属于_____连接； 刚 铰
返回
练习：在自行车各部件之间的连接中
2、辐条与钢圈之间属于______连接 刚 铰
练习：在自行车各部件之间的连接中
1、结构的形状—截面积形状
不同横截面形状的构件所能承受力的 程度是不一样的。
2、结构的材料
严酷的“责任制” 高质量的保证。
南京明城墙的城砖
2、结构的材料 钢筋混凝土
钢筋抗拉性能好
2、结构的材料
演示
FF FFFF
结构的连接方式—刚连接
榫
卯
榫接
胶接
焊接
结构的连接方式—刚连接
应 县 木 塔
抗震的主力—榫卯结合
3、三角架属于_____连接；
铰刚
空蛋
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返回
你错了
返回
认真一点不行吗
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会考题型
1、受到什么样的力
2、结构存在什么缺陷
3、如何改进
A.夫子庙照壁
B.丽江杨宅照壁
C.松江照壁
1、结构的形状—截面积形状
小试验
试验目的：测试不同截面形状的构件做成的悬梁的强度 试验准备：剪贴周长相同、截面分别为三角形、圆形、正方 形纸筒各一个，重物若干。
试验过程： 1、分别将不同形状的纸筒的一端 固定在桌子上，形成悬梁结构。
2、分别在不同形状的纸筒的另一 端悬挂相同质量的重物，并依次不 断加相同质量的重物，观察结果
体会到通用技术课程的实用，在学习过程中体验乐 趣
穿越火线—切水果
复活币
钻石的强度很大，就是因为它的分子结构 为四面体，每个四面体都有四个角、四个 面 和六条边，每一个面都是一个三角形，说明钻 石的强度与（ ）有关。
结构的形状
使用的材料
构件之间的连接方式
稳定性
钻石的强度很大，就是因为它的分子结构 为四面体，每个四面体都有四个角、四个 面 和六条边，每一个面都是一个三角形，说明钻 石的强度与（ ）有关。
学习目标 自学检测 教师点拨 训练讨论 课堂小结 课后扩展
学 课习堂目小标结
知一识、目结标构的强度 12、、结理理解解构材结具料构有、强形度的状的抵和定抗连义接被方外式是力如破何坏影响的结能构的力强度。 能二力、目影标响结构强度的三因素： 通过结多构媒的体演形示状、案例分析、合作探究、小试验等方 法同分合结析 作构影 、的响 解结 决材构 问料强 题度 及的 动主 手要 操因 作素 能， 力培养观察分析、协 快结乐构目的标连接方式
结构的连接方式—铰连接 活页
门与门框的连接
折叠伞伞骨间的连接
砸金蛋了
活动开始
返回
如图为我们鸟上蛋课时使用的凳
子。小木凳脚架之间采用的连接 方式是( )
A．铆接 C．榫接
B．铰连接 D．焊接
返回
我们常用的A形梯不采用铝合金片
，而是采用长方形截面的构件，这说 明以下哪能个因素（ ）影响着结构
结构的强度
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 椅子会不会左右晃动，摇摆，那就是一个稳 定性问题了。
强度是研究不被外力破坏的能力 椅子能够承受人的重力这是一个强度问题， 那么
结构的强度
F
F
稳定性
强度
结构的强度
应力σ——构件的单位横截面上所产生的内力
内力
σ＝N/S
构件横截面积
1、结构的形状—外部形状 玩游戏——搭桥
在河上建造一座坚固的桥，让火车顺利通过
1、结构的形状—外部形状
三角形是框架结构 中最基本的形状之一, 它结实、稳定，所用材 料最少。
在长方形或六边形 的框架中间，加上支撑 构件，构成三角形，就 可以大大增加它的牢固 程度。
空调安装架
1、结构的形状—外部形状 金刚石 石墨
结构的形状
使用的材料
构件之间的连接方式
稳定性
结构构件强度的 基本指标是
内力
应力
荷载量 材料
内力
应力
荷载量 材料
折叠伞的伞骨之间的 连接时什么连接方式
胶连接 刚连接
铰连接 焊接
在混凝土梁中加钢 筋主要是为了提高梁 的什么强度
抗扭 抗压
抗剪
抗拉
你赢了
复活币
Game over
结构与强度
定义 影响因素
形状 材料 连接方式
结结 主构构要的的影强连材形响度接料状因方素式
式刚各结不结结连不构不同接构构不相同，的：的具同的同结形被形有材构材。连状状的料的料接有强对抵的构不度结结强抗构成同也构构件度被的的不外的在的外结连同部构连影力接。形件构接响破方状截，处式有坏面既其。形两的不强连状能点能度接相：力方对。 移使1动、用，有结的也抗构材不拉能的料力相外对、部转压形动力状。、，剪切力和扭 铰移曲 要构2连动力求、件接，性中是之：但能，结间可被的选相连构的对接，择的连转的所不构接动构以同件方。件在特截式在不性面连同 的接形铰刚处结 材状连连不构 料。接接能不 。相同对