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【专科生论文】浅议关于“简单结构的设计”教学之探索与实践(论文资料)

星级: ★★★★ 期刊: 《中国教育教研》作者:宋向明浏览量:1768 论文级别:优质本章主题:结构和学生原创论文: 5156论文网时间:2013年1月25日审核稿件编辑:Hayden本文版权归属:www.5156chinese.cn 分享次数:4475 评论次数: 8175

导读:关于“简单结构的设计”教学之探索与实践是一篇属于结构和学生的论文开题报告范本,免费分享给每一位正在论文写作的学生们阅读参考。

广东省深圳高级中学(518000)

【摘要】本文介绍了笔者在 “简单结构的设计”教学中,引导学生以已学的力

关于“简单结构的设计”教学之探索与实践
结构和学生论文开题报告范本

学、数学知识,通过定性分析和定量计算、进行“桥梁模型”设计,组织学生制作所设计的模型和应用自制仪器、检测模型性能的教学过程,及由此获得的体会.

【关键词】桥梁模型(简称“桥模”),主跨,桐木条,压力,拉力,弯曲力、剪切力扭转力,粘接面,材料的许用应力值δ,四大设计原则(简称“原则”),桥模抗压的理论值与实测值

在通用技术之――“技术与设计2”的教学内容中,“简单结构的设计”是结构与设计单元中继“常见结构的认识”和“稳固结构的探析” 后的一个十分重要的教学内容;其教学的目标就是要让学生熟识设计一个简单结构应考虑的主要因素.并且能对一个简单对象进行结构设计、绘制设计图纸和做出模型或原型.我在这一内容的教学中进行了一些探索和实践,也得到了一些收获:

1进行有关教学的探索

1。1明确设定以“桥梁模型的设计及制作”作为“案例”进行教学,并作为学生的“结构设计”的单元作业.为了有一个理论联系实际的实践学习过程,在向学生介绍简单结构设计的方法后,安排了一个“让学生以4人为一分组的合作形式,一起用4根3×3×1000mm的桐木条及502胶为材料,设计、制作一座长25CM、宽6CM、高5CM、主跨度不少于16CM、总重量不超过16克的桥梁结构模型”的实践教学环节.该环节要求学生绘制设计图纸、做出模型,最终在桥主跨的中部5×5cm的地方进行抗压强度测试.

1。2利用学生学过的各相关学科知识,引导学生进行“桥模”的结构设计:

对进行“桥模”设计,学生很感兴趣,有学生说,赵州桥千年不倒、很坚固!另一位学生却说,斜拉桥好!我国很多新建的大型桥梁都采用这一桥梁结构;还有学生说,最大跨度的桥是悬索桥,悬索桥是最先进的!…….这就使“桥该如何来设计?桥的结构应采用怎样的形式?”成为应进一步解决的问题.

1。21从材料的力学特性、及设计目标导出桥模设计的“四大设计原则”.

为了能让学生掌握结构设计的方法,从以桐木杆为材料出发,我首先介绍了“以绳代杆”定性分析结构中杆的受力情况的方法(设想以绳代某杆,如结构保持稳定,则该杆受的是拉力,否则是受压力),并举实例讲解;然后指出:为了达到桥模抗压强度最大的这一目标,设计时应紧扣(桥模抗压强度大的)目的要求,从材料的性能特性(桐木条的顺纹力学性能好、抗压强度比抗拉强度大,横纹力学性能差、怕弯怕扭易折断)以及給出的条件参数出发.然后进一步导出具体的设计思路、原则:

①桥模结构中各受力杆均应首当设定为受 压 力,次则设定为受 拉 力,尽可能避免让木条承受弯曲力、剪切 力和 扭转 力

②木条间的粘接面应首当设定为受 压 力 、尽可避免让粘接面承受 拉力 、 剪切力和 扭转 力;

③要以桥模承压能力强 为目的去构建纵向立面的结构布局;

④要以桥模结构稳定性好 为标准去规划桥模的各截面结构受力杆的分布.

1。22引导学生应用“原则”进行结构的定性分析、设计,确定“桥模”的结构形式.

⑴引导学生以定性分析的方法,选择目标桥模纵向立面的结构形式.

A采用圆拱桥模(如图下)形式,主跨受下压力时,圆

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拱部分的木条受弯曲力,有违“原则”之①.

B采用斜拉桥(如图下)形式则主跨受下压力时,会转变成作用在连接塔架与主跨桥面的木条间之粘接面上的拉力或剪切力,有违“原则”之②

C采用悬索桥形式(如图下)、则主跨受下压力时:充当悬索的木条要受弯曲力,且悬索与吊缆、塔架 、以及吊缆与桥面的桐木条间之粘接面受拉力或剪切力,有违“原则”之①和②.

D引导学生寻求能满足设计要求的桥模结构形式

为了满足“原则”①,要把主跨受的下压力传到两侧最近桥墩上,就必须在被压主跨区内设置分别伸向两侧桥墩的斜撑杆.为了满足“原则”

②,要求这些斜撑杆往上要托顶桥面、下要压在两侧桥墩上,斜撑杆间也要相互顶靠.那么经这一系列的设计分析、归纳,所要设计的目标桥模的纵向立面结构的布局、大体框定为(如图下所示)……以斜撑杆来支撑主跨的桁架拱桥结构.

⑵指导学生进一步设计桥模的各横向结构稳定面.

在学生分析确定桥模结构的纵向立面的形式后,让学生进一步分析确定桥模的各横向稳定立面的结构形式.这阶段的教学,提醒学生必须注意下列问题:

A四边形的不稳定问题、可通过在四边形的对角线上架设连杆的方法来解决.

B对角连杆两端的粘接面之受力方式应设定为剪切力;

C要让宽6cm主跨桥面的横杠在5×5cm区域进行抗压测试时免受弯曲力、剪切力;则支托在桥模桥面下的两个最外侧的纵向立面结构的外侧的间距≤5cm.

3)、引导学生通过受力分析等定量计算进行桥模结构的进一步设计.

介绍抗压桥模主跨处最大设计荷载的推算法,指导进一步进行桥模结构的设计和制作.

以下是有关的推算方法:

∵ 材料与强度的关系是:δ=F/S、∴→ F=δ×S 受力杠所能承受的压力与其横截面的大小成正比.

∵ 单一条桐木条的横截面为:S0=3×3=9 mm2

∴由N条桐木条合并组成的某x受力杠的横截面为:Sx=S0×Nx、 (其中X :分别代表→a ,b, c, d, e受力杠)

据查:桐木的条许用应力值为 δ=8~12MPa ,为简化运算,选→δ≈ 9。8MP = 1Kg/mm2

∴某x受力杠所能承受的压力为:Fx=δ×Sx=δ×S0×Nx

对直接参与桥模主跨中部5×5cm处起支撑作用的各斜撑支杠进行正交受力分析后可知:某斜撑受力杠对桥模主跨中部所能提供的竖直向上作用力为: Fxy =Fx Sin∠x (其中∠x为某斜撑受力杠X与水平方向间的夹角)

据桥模的结构分析可知:直接参与桥模主跨中部支撑的各杠与水平方向间的夹角的正弦值分别是:

用正交分解法对直接参与桥主跨中部各支杆进行受力分析可知:各撑杆可提供竖直向上的分量为:

∵桐木(顺纹方向)的抗压强度远远大于其(横纹方向)的抗弯强度、及S0=9 mm2 很小

∴在忽略了桥模主跨中部水平结构杠因具有的抗弯性能而产生对桥模主跨中部抗压能力的贡献时:

桥模主跨

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中部所能承受的竖直向下的压力、主要是靠直接参与桥模主跨中部支撑各杠的斜撑力之竖直向上的分力的合力来提供;即:∑F≈Fay+Fby+Fcy+Fdy+Fey = 5。7Na+3。55Nb+4。8Nc+3。3Nd+4。4Ne

下表所列的就是据这数学关系算出的,在采用不同斜撑结构时,桥摸抗压强度的理论计算值:

桥模主跨设计负载负荷的理论数值一览表(公斤)

∑F≈5。7Na+3。55Nb+4。8Nc+3。3Nd+4。4Ne(公斤)

4)让学生进行桥摸的具体设计.

让学生在掌握上述的有关知识和方法后,使用给定的材料,以桥模受压强度最大为目标进行结构纵向立面和横向稳定面的具体设计.辅导学生画出设计图,进行桥模制作

5)在制作过程中,指导学生对设计和作品进行优化.

6)以自制的“桥模抗压强度测试仪”检测设计与制作的结果.检测说明桥模的抗压理论值与实测值很接近;这使学生很感鼓舞,积极改进设计和制作,桥模抗压强度的最大值记录一再

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被打破,使记录一直增至179。39公斤.

7)为了让学生了解预应力对结构梁抗压性能上的影响,我通过提高“两岸”(支承底座)对模桥纵向的压力,从而给斜撑杆施加一个预应力,用上述自制测试系统检测桥模纵向的压力改变前后抗压强度的数据的变化,形象、清晰地验证和演示出预应力结构梁在抗压、抗弯性能上有优势的这一物理现象.

2通过教学实践收获与体会

在上述教学过程中,学生在设计、制作与检测等方面,积极性都很高,认为颇有收获.我从中也获得下列一些体会:

2。1教师吃透教材,明确教学目的,根据具有的教学条件和学生情况设计教学过程,是顺利实施教学的不可或缺的重要环节.

2。2从感性认识入手,引导学生共同进行分析研究,实行师生互动,逐步建立理性认识,是进行启发式教学,调动学生积极性的基本途径.

2。3在教学中应用学生学过的其他学科知识进行教学,不仅有利于学生接受和理解所学的知识,还可促进相关学科的学习;

2。4实践证明,组织学生进行有关的实践,不仅能提高学习的兴趣,更有助于学生消化理解所学的知识,有助于学生对学习和研究问题方法的掌握,有助于观察、分析能力及有关技能等能力的培养、形成和发展.根据教学需要设计实验,更能达到所期望的教学效果.

[ 参考文献 ]

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