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承重装置的ALPHA模型设计.doc


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承重装置的ALPHA模型设计
王蕤 摘 要:本实验将以纸吸管为材料设计一承重装置。要求在承重重物质量为2kg的条件下,承重装置所产生的形变最小。本实验所待解决的问题是:如何设计装置结构使得纸吸管避免弯折,各吸管所组成的结构不承重装置的ALPHA模型设计
王蕤 摘 要:本实验将以纸吸管为材料设计一承重装置。要求在承重重物质量为2kg的条件下,承重装置所产生的形变最小。本实验所待解决的问题是:如何设计装置结构使得纸吸管避免弯折,各吸管所组成的结构不易在压力下变形。实验设计从6种桥梁的基本结构中汲取灵感,并进行受力分析。由于吸管在其轴向上强度与刚度足够大,故应尽量使力沿其轴向。由于三角形结构最稳定,故结构设计中应多采用三角形以加强整个装置的结构稳定性。最终设计结构为:五面都以三角形为基本单位拼接而成的三棱柱结构。当承重质量为2kg时,装置形变量为1mm。
关键词:承重装置 结构设计 受力分析
1 桥梁中的承重结构
生活中桥梁适用于连接两地的建筑,可以起到运输物资和人群的作用,在人类社会中扮演重要角色。而安全性是桥梁一切功能的基础。一个科学合理的结构,可以使桥梁在承重下保持坚固与稳定。桥梁有六种基本结构,下面将对其进行逐一阐述、说明与受力分析(见图1)。
梁桥
梁仅由一个桥面组成,两端连接两岸。当桥面中部竖直向下受力时,桥面上半面受挤压力,下半面受张力。桥两端分别受两岸竖直向上的支持力[1]。此时,桥所受的所有力均垂直于桥面,而非沿着强度更高刚度更大的平行桥面方向,故容易造成断裂,安全性不高。
拱桥
拱是一个桥面与一个支撑柱构成的一个整体。当桥面中部竖直向下受力时,拱上的力被拱分散成两个对称的支撑力,一个是向左的水平力,另一个是向右的水平力,还有一个是沿拱的斜力[2]。部分分力沿平行于支架的方向,故此结构较为稳定。
桁架
桁架由上弦杆、下弦杆和腹杆组成,腹杆形式分为斜腹杆和直腹杆按三角形规则构造。当桥面中心受到竖直向下的压力时,侧面支架均受到平行于支架方向的分力[3],故钢材不易折断。大量的三角形结构增强了桥总体结构的稳定性。
悬臂式
悬臂式桥梁由桥面,两个垂直塔,数条钢索组成。在桥面中部受竖直向下的压力时,桥面上半部分钢索拉伸,下半部分钢索挤压[4]。***索受力均沿平行钢索拉伸或压缩方向,故不易断裂,安全性较高。
悬索桥
悬索桥由主梁、主缆、吊杆和主塔四部分组成。竖向荷载通过吊杆传递给主缆承载,主缆承受拉力,主缆锚固在梁端,将水平力传递给主梁[5]。主梁承受垂直其方向的力,故此结构不稳定易断裂。
斜拉桥
斜拉桥的主要结构构件是桥面、桥墩、塔架和拉索。甲板支撑荷载,并通过弯曲和压缩将其转移到撑杆和桥墩上。撑杆将力传递给塔架,塔架通过压缩传递给地基。拉索与塔架均沿其方向受力,桥面也受平行其方向的分力,故该结构较稳定。
2 设计
设计1:四面体结构
该承重装置将被设计成一个规则的四面体。正四面体由4个三角形组成,三角形的每边长1100mm。选择三角形中的一个作为基础。有两个支架,一个位于三角形顶点(支架A),另一个位于与顶点相对

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  • 时间2022-05-17