结构的强度1
工程力学中的结构强度分析
工程力学中的结构强度分析引言工程力学是研究物体在受力作用下的运动和变形规律的学科，而结构强度分析是工程力学的重要分支之一。
在工程实践中，结构强度分析是确保工程结构安全可靠的基础。
本文将分为三个部分，分别探讨结构强度分析的基本概念、常用方法以及实际应用。
一、结构强度分析的基本概念1.1 结构强度与材料力学性质结构强度是指结构在受到外部荷载作用下能够承受的最大应力或应变程度。
材料力学性质包括弹性模量、屈服强度、断裂强度等参数，这些参数对结构的强度具有重要影响。
1.2 结构强度的分类结构强度可分为静力强度和动力强度。
静力强度是指结构在静态荷载作用下的强度，动力强度则是指结构在动态荷载作用下的强度。
两者在分析方法和计算过程上有所不同。
1.3 结构强度分析的基本原理结构强度分析的基本原理是根据受力分析和力学平衡原理，通过计算结构内部应力和应变的分布情况，进而评估结构的强度。
常用的分析方法包括静力学方法、有限元方法等。
二、结构强度分析的常用方法2.1 静力学方法静力学方法是最基础也是最常用的结构强度分析方法之一。
它基于静力学平衡原理，通过受力分析和应力计算，确定结构的强度。
常见的静力学方法包括弯矩法、剪力法、轴力法等。
2.2 有限元方法有限元方法是一种数值计算方法，广泛应用于结构强度分析中。
它将结构离散为有限个小单元，通过求解各个单元的位移和应力，得到整个结构的应力分布情况。
有限元方法具有较高的精度和适应性，特别适用于复杂结构的分析。
2.3 疲劳强度分析疲劳强度分析是指结构在循环荷载作用下的强度评估。
它考虑了结构在长期使用过程中的疲劳损伤累积效应，通过疲劳寿命预测和应力分析，确定结构的疲劳强度。
三、结构强度分析的实际应用3.1 建筑结构强度分析建筑结构强度分析是工程力学中的重要应用领域之一。
通过对建筑物各个部分的强度进行分析，可以确保建筑物在自然灾害或人为因素下的安全性。
常见的建筑结构强度分析包括楼板、梁、柱等部分的强度评估。
结构的强度与稳定性
苏州的虎丘塔
思 考：各种斜塔为什么斜而不倒？
1
2
Hale Waihona Puke 3结论：物体的重心所在点的垂线落在结构底座的范围内 ，物体就不会翻倒，就是稳定的。
3、结构的稳定性与它的几何形状有关。
A、A字形梯为什么载人时能够保持 稳定？如果没有梯子中间的拉杆将 会怎么样？ 一般情况下，梯子打开的时候， 梯面与地面组成三角形，梯子本身就 能站得稳。当连接两个梯面的横杆拉 直时，两个梯面的上半部分就与横杆 构成了稳定的三角形，这就进一步加 强了梯子的稳定性，保证梯子能承受 人体的压力。如果没有梯子中间的拉 杆，载人时就不能保持稳定。
[探究1]：
拿一本书，让它直立在桌面上，它马上倾倒了，显然，其稳 定性不好。怎样将它直立在桌面上，让它就能很好的挺立住？
因素一：支撑面积的大小
1.稳定性与支撑面积的大小有关 支撑面越大越稳定，越小越不稳定。
A.落地电风扇或者宾馆里的落地灯，它们都有一个比较 大的底座
结构的底座，结构与地面接触所形成的支撑面大,稳定 。
小结 一、结构的强度 影响结构强度的三因素：结构的形状、结构的材 料与连接 二、结构的稳定性 影响结构稳定性的三个因素：重心位置、支撑面 积的大小和结构的形状
B：为什么大坝的横截面总是建成梯形？
大坝需要承受很大的力的作用，如自身的重力， 水的冲击力、压力等等，要起到防洪的作用，大坝必须要 求非常稳固。大坝建成梯形，增大了与地面接触所形成的 支撑面，支撑面越大越坚实，稳定性就越好。
C.为什么许多课桌椅的支撑脚要做成往外倾斜？
为了进一步增大与地面接触所形成的支撑面积，增加稳定性。
σ =N/S
外力
内力
P
N
影响结构强度的主要因素
结构的强度课件
结构的形状 三角形是框架结构中最基本的结构形式一， 结实、稳定、用材少
材料性能的影响 木材、金属、塑料、玻璃钢、钢筋混凝土等
连接方式的影响
钢结构常用的连接方法有：焊缝连接，螺栓连接，铆接。
焊缝连接：属刚接（可以承受弯矩），除了直接承受动力荷载的结 构中，超低温状态下，均可采用焊缝连接。 优点：设备简单、生产效率高、焊缝强度高、 密封性能好。 缺 点：拆卸不方便
材料强度和刚度的区别：
材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。 取决于材料特性
刚度是指材料在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。取决于 构件截面大小 影响材料强度的其的强度
1.结构强度的概念
2.影响结构强度的因素
结构强度的概念 结构强度是指结构抗断裂的性质， 即结构件在各种使用情况的外载荷 作用下，能够符合安全规定。广义 结构强度包括强度、刚度、稳定性、 耐久性、损伤容限、完整性、可靠 性和耐环境能力等。
影响结构强度的因素
影响结构强度的主要因素是： 结构的形状 使用的材料 构件之间的连接方式
螺栓连接：属铰接（弯矩为零）一般情况下均可使用，优点：现场 作业快，容易拆除，维修方便，结构简单、型式多样、联接可靠 成本低 缺 点：在交变荷载下,易松动。制孔精度较高。
铆 接：当结构受力较小的情况下使 用 优点：联接强度高(如武汉长江大桥 的格构式箱形大梁). 密封性能好。 缺 点：拆卸不方便、制孔精度高
结构的强度
一、应力与强度
实验一：简易纸板弯曲试验记录表☆ ☆ 实验一：简易纸板弯曲试验记录表☆ 弯曲情况 数目 平板状纸板 瓦楞状纸板 弯曲得厉害 看不到弯曲 8 依然无明显弯曲 12 瓦楞状结构比平板状结构承受能力强
数据 记录 结论
二、影响结构强度的因素
结构的形状
结构外部形状 结构的构件截面形状
使用的材料
一、应力与强度
2、应力与强度的关系？ 、应力与强度的关系？ 强度可用应力来衡量。 强度可用应力来衡量。 同一截面积，容许应力越大，强度越大。 同一截面积，容许应力越大，强度越大。
一、应力与强度
已知结构的容许应力为50 N/cm2， 已知结构的容许应力为50 N/cm2，截面 积为4 cm2，冲击产生的外力为180N， 积为4 cm2，冲击产生的外力为180N，请问 结构会被破坏吗？ 结构会被破坏吗？ 解法1: 解法1: 180/4＝ 180/4＝45 N/cm2，小于容许应力， 小于容许应力， 所以结构不会被破坏 解法2: 解法2: 4x50N/cm2＝200N，外力小于内力 200N， 的最大值，所以结构不会被破坏。 的最大值，所以结构不会被破坏。
二、影响结构强度的因素
（3）构件之间的连接方式： 构件之间的连接方式：
结构的连接是指通过一定的连接 物将构件组成整体结构。
结构构建的连接通常有以下两类： 结构构建的连接通常有以下两类： 铰连接 刚连接
二、影响结构强度的因素
铰连接： 铰连接：被连接的构件在连接处不能相对移动 但可以相对转动，具体有松螺栓、松铆等。 ，但可以相对转动，具体有松螺栓、松铆等。
B
学以致用
下列常用工具中属于刚连接的是
D
学以致用
1、比较下图中同一结构的几种连接方式，请预言哪种 比较下图中同一结构的几种连接方式， 连接方式的强度更好。 连接方式的强度更好。
材料力学分析结构的强度
材料力学分析结构的强度材料力学是研究材料在受力作用下的力学行为和性能的学科。
在工程领域中，材料的强度是一个非常重要的参数，它决定了结构在承受负荷时的稳定性和安全性。
本文将以材料力学分析结构的强度为题，探讨材料力学的基本原理以及强度分析的方法。
一、材料力学的基本原理材料力学研究材料在受力作用下的应变与应力之间的关系。
根据胡克定律，应变与应力之间的关系可以由以下公式表示：σ = Eε其中，σ代表应力，E代表弹性模量，ε代表应变。
根据该公式，当应力作用于材料时，材料产生相应的应变。
材料力学还研究材料的延展性、蠕变性和断裂性等力学性能。
延展性指的是材料在受力作用下能够发生塑性变形的能力，通常由延伸率来表示。
蠕变性指的是材料在较小的应力下随时间发生的永久性变形，它与长期荷载条件下的结构稳定性密切相关。
断裂性指的是材料在受力作用下发生破裂的能力。
二、强度分析的方法强度分析是通过对材料力学性能的研究，推导出材料在受力作用下的强度特性。
常见的强度分析方法主要有静力学分析和有限元分析。
静力学分析是基于静力学原理的强度分析方法。
它通过对结构受力平衡条件的分析，计算结构各个部分的受力情况，以确定结构的强度。
静力学分析方法适用于结构在静态负荷下的强度评估，例如房屋、桥梁等。
有限元分析是一种基于数值计算的强度分析方法。
它将结构划分为有限个网格单元，通过对每个单元进行强度计算，最后得到整体结构的强度。
有限元分析方法适用于复杂结构及非线性材料的强度分析，能够更准确地反映结构的强度特性。
除了静力学分析和有限元分析，还有其他一些特殊的强度分析方法，例如模拟试验和材料强度计算。
这些方法在实际工程中有着各自的应用场景，根据不同的需求选择适合的方法进行强度分析。
三、强度分析的应用强度分析在工程领域中有着广泛的应用。
它可以用于评估结构在设计负荷下的安全性，帮助工程师确定结构的合理设计参数。
强度分析还可以用于结构的优化设计，通过调整结构的几何形状和材料性能来提高结构的强度。
结构的强度
技术与设计2
•1）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，具体 有松螺栓、松铆等。
LOGO
技术与设计2
•2）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。
榫接
LOGO
F 其中F为内力， S S为受力面积，为应力。
• 应力有一个最大值，称为容许应力。对应最大内力。 • 当外力大于内力的最大值，或者结构受到的应力大 于容许应力时，结构就会被破坏。
• 结构的最大内力越大，要破坏 它所需的外力也就越大，也可 以说，它的强度越大。 • 强度可以通过应力来衡量。 • 同一截面积，容许应力越大， 强度也就越大；容许应力越小， 强度也就越小。
（解法1） 180/4＝45 N/cm2，小于容许 应力，所以不会被破坏 （解法2） 4*50N/cm2＝200N，外力小 于内力的最大值，所以不会被破坏。
2、影响结构强度的主要因素 （1）结构的形状
2、影响结构强度的主要因素 （2）结构的材料
2、影响结构强度的主要因素 （3）结构的连接方式 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。 刚连接——既不能相对移动，也不能相对转 动。
技术与设计2
结构的强度
1、结构的强度 ——结构具有的抵抗被外力破坏的能力。
• 外力使构件发生变形的同时，构件 内部分子之间随之产生一种抵抗变 形的抵抗力，称为内力 。 • 内力，就是用来抵抗外力与变形， 并试图使变形部分复原的力。
内力如何抵抗外力图示
弯 曲 力
Hale Waihona Puke 内 力 抵 抗 弯 曲 力
• 应力：作用在单位面积上的内力。
如何判断外力能否破坏结构
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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辐条与钢圈之间属于 连接。
技术与设计2
技术与设计2
技术与设计2
技术与设计2
结构与功能
结构不仅是事物存在的一 种形式，而且对事物的功能 和作用产生着直接影响。结 构的变化可能导致功能的变 化。
•2）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。
榫接
铆接
设计作业
户外广告灯箱经常被风吹倒，请你设 计一款稳定性好，经济适用的灯箱来 解决这一问题。
知识运用——小试牛刀
少则倾 中则正 满则覆
三、课堂小结
1、结构的强度：结构的强度是指结构具有的抵抗 被外力破坏的能力。
内力：外力施加过程中,结构或构件内 部各质点之间产生抵抗外力引起的变 形或力图使变形复原的力称为内力.
应力：结构或构件单位面积上承受的 内力称为应力
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
影响结构强度的主要因素
因素1：结构的形状
➢结构整体形状。 ➢构件的截面形状。
构 件 截 面 形 状
➢ 结构的外形相同，构件的截面形状不 同，其强度不一样。
不同截面形状的构件，其强度有所差 别。但具体哪一种截面形状的构件强度最 大是不能够随便下结论的，还要看它具体 使用的环境及受到外力的情况等等。
抗压试验
影响结构强度的主要因素
汶川震后的房子
智利震后的房子
赖特设计的东京帝国饭店在1922年建成，1923年 关东大地震，8.3级，震后大火海啸，死14.2万人， 周围的大批房屋震倒了，帝国饭店经受住了考验。
1972年12月23日，尼 加拉瓜首都马拉瓜发 生强烈地震，市中心 511个街区成为一片 废墟， 6.3级，死万 余人，
知识运用——小试牛刀
少则倾 中则正 满则覆
结构与强度
【学习目标】 1、了解结构强度的概念，理解影响结
构强度的主要因素。 2、能通过技术试验对结构强度的影响
因素进行分析。
地震
汶川地震后，房子粉碎性倒塌
智利地震后的房子也连根拔起， 但是房体基本结构没多大损坏
这是智利震后 的路面
汶川一条薄薄的公路
2、影响结构强度的主要因素：结构的形状、构 件的连接方式、构件的材料以及构件的截面形 状。这些因素之间又不是孤立的，通常情况下我们要
综合考虑各种因素，来提高结构的强度。
马上行动：
•1．对一个用4根小木条钉成的相片框,使它更牢固的 做法是什么?
2．在自行车各部件之间的连接中
三角架属于
连接；
刹车柄与刹车杆属于 连接；
结构 与 强度
回顾
影响结构稳定性的主要因素 ①重心高低,重心作用线与支撑底面位置 ②底面积大小 ③结构的不同形状。
温馨提示①：影响结构稳定性的因素还有很多，期待着大家探索发现…… 温馨提示②：影响结构稳定性的因素相互联系，相互作用，需要综合考虑问题。
课堂延伸，学以致用
通用技术就在我们身边……
【思考】 1.自行车骑起来时，只有两个支撑点， 为什么不会倒？. 2.陀螺静止状态会倾倒，而高速旋转 时却可以立起来？ 3.结构设计没有唯一解，没有通用的 标准，具体问题具体分析。
2.结构的材料
组成结构的常见材料：塑料、木材、钢材。
不同材料构成的结构，其强度各不相同。
有抗拉力、压力、剪切力和扭曲力性能的， 所以在不同结构不同要求中，选择不同特性 的材料。
•不同的材料有不同的连接方式。 连接方式不同，结构的强度也不 同，
3.结构构件的连接方式：
•1）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，具体有松螺 栓、松铆等。
林同炎设计的美洲银 行(18层框筒结构)， 在一片倒塌废墟中， 一楼独立 。
自主学习
阅读：P16—P20 思考： 1.什么是结构的强度？ 2.影响结构强度的主要因素？
结构的强度(Strength定性与结构的强度
稳定性是研究结构保持平衡状态的能力。 稳定 强度是研究结构不被外力破坏的能力。 结实