黄祖慰-大学生结构设计竞赛指导讲义3

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1、第三讲基础知识讲授人：黄祖慰一、制图工具为了捉高设计与制作精度，针对于结构竞赛的制图工具要求如下：1、选用自动铅笔，摒弃木质铅笔；2、选用型号0.25或者0.38的出墨均匀的水笔或者签字笔；3、刻度尺采用标准刻度切刻度清晰的大三角板和米丁字尺，注意刻度面是否笔直；4、配备钢尺;5、制图板质量要高，注意其表面是否光平；6、透明胶，用于固定图纸与制图板；7、建议不用量角器，角度的绘制可以通过三角函数法。二、制图技巧画直线：1、必须注意笔画线条存在一定的宽度；2、画线时必须保证尺子不动，握笔的角度保持不变

2、，笔尖往刻度边倾斜;3、用刻度尺对准Ci田i直线时，刻度边需要紧贴何平行于线条边；止确方法：错谋方法：参照点改变，画出來直线存在“道岔”,影响设计与制作精度。错误方法：参照点不统一，画出來直线存在分差，影响设计与制作精度。平行线：/一、此处绘制平行线以绘制中心距为lcm的平心线'找到正确的参考点。错误画法如下：参照点不同意正确画法如下：错谋画法如2没有注意到线条存在厚度，导致平行线中心距离不等于lcm画角度:角度的绘制不提倡用量角器，而是三用三角函数计算法，把直角边长度计算出來，找好参照点，在根据直

3、角边长绘制出相应的斜边。此方法绘制出来的角度精确。精确制图的意义：1、精确制图能够让设计图更加准确，准确表达设计者的思想;2、精确的制图能是精确制作的基础；结构竞赛设计图的绘制要比土木工程制图要精确，因为设计图大多数都能以1:1的比例画出，并且作为模板，制造出模型。三、切割切割要点：1、必须注意笔画线条和刀片存在一定的宽度；2、用小刀划纸或者其他材料时必须保证尺了不动，握刀的角度要保持垂直;3、划痕必须在线之间，划完之后材料两个边缘应该都还存在线条的一半。正确切割示意图：（黄色线为刀剑痕迹）错误切割

4、示意图：主要原因是冇参照点不同意造成的错误，极人影响模型的制作精度。四、基本力学概念与知识结构竞赛中必备的力学知识如下：拉：轴拉、偏心拉压：轴压、偏心压、压杆稳定问题截面的几何特征：静矩、极惯性矩、惯性矩弯：弯矩、弯曲正应力、剪力扭转：扭矩、扭转剪应力静定问题：节点法、截而法超静定问题：力法、位移法下面，就开始结合结构竞赛的应用一一介绍它们的概念:拉压的概念:1.构件几何形状：等直杆2.受力：与轴线重合的集中力3.变形：轴线方向伸氏或缩短横向缩短或伸长拉（压）杆的纵向变形由杆件的拉压变形特性可知：由

5、于制作材料存在一定的缺陷，当釆用宽薄的拉条时，构件在受拉时发生颈缩，容易在节点附近产生撕裂，而不是断面破坏。由此拉条建议使用细条，不建议采用宽薄条。杆件受压时会有鼓胀的趋势，应当注意其连接与横向约束的布置。应力的概念crA单位：N/m2,帕（Pa）,lO'Pa二IMPa,109Pa=lGPa,适用条件：⑴上述公式对大多数横截面形状都适用；但对于平截而假设不成立的某些特定截而，上述公式不适用。⑵实验研究及数值计算表明，在载荷作用区附近和截面发生剧烈变化的区域，横截面上的应力情况复杂，上述公式不再正确。

6、关系到节点的处理计算杆件受力并且设计杆件截面的简单例子：例已知：F=16kN,[o]=120MPao试选择图示桁架的钢拉杆刃的直径〃。解：(1)受力分析工Ma=OFnx6-Fx3=0^N=y=8kN(2)设计截面尺寸4Fn叫:h更多详细解法参照《结构力学》中的节点法和截面法超静定为题：静定结构：几何特征：无多余约束的几何不变体系。静力特征：仅由静力平衡方程就能求出所有内力和反力。超静定结构：几何特征：冇多余约束的几何不变体系。静力特征：仅由静力平衡方程不能求出所有内力和反力。静力平衡方程的个数〈未知

7、约束力的个数解超静定的方法：位移法与立法，具体过程参考结构力学课木，在此只做介绍:力法:求多余未知力t结构内力t结构位移超静定[构—鸚基本—护某些条[原结构的变形协调条件(力法基本方程＞1位移法：先求某些节点位移T结构内力结构,i豔驀杆件i加+某些条件,1•杆端位移协调条件2.结点的平衡条件偏心拉压的概念：在模型设计与制造中，往往会出现一些偏心拉压的构件。特点：1.偏心拉压能够引起杆件弯曲变形；2.在偏心方向的截面首先破坏；在这里应当注意，在结构模型的设计中尽量避免偏心拉压设计，不到万不得已不要使用

8、。截面几何特征：静矩与形心位置1.静矩（或一次矩）S）,=[zdA（单位：rr?或mm3。）2.形心坐标公式极惯性矩与惯性矩:1.极惯性矩Ip=tp2dA2.惯性矩/P=fp2dA=J(y2+z2)dA1JaJa=Tz+厶1）极惯性矩、惯性矩和惯性积均与所取的坐标系有关,2）惯性积可正可负3）单位nr1或mm4压杆稳定性的概念：稳定：结构中的压杆保持设计常态。失稳:机构•11的压杆未能保持设计•11的姿态而提前破坏。理想中心压杆：1.直杆（无初曲率）；2.无残余应力