黄祖慰-大学生结构设计竞赛指导讲义3.docx

第三讲基础知识
讲授人:黄祖慰
一、制图工具
为了提高设计与制作精度,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、;
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,笔尖往刻度边倾斜;
3、用刻度尺对准已画直线时,刻度边需要紧贴且平行于线条边;
正确方法:
错误方法:参照点改变,画出来直线存在“道岔”,影响设计与制作精度。
错误方法:参照点不统一,画出来直线存在分差,影响设计与制作精度。
平行线:
此处绘制平行线以绘制中心距为1cm的平行线,要领在于注意线条有粗细,找到正确的参考点。
正确画法如下:
错误画法如下:参照点不同意会导致画出来的平行线不平行。
错误画法如下:没有注意到线条存在厚度,导致平行线中心距离不等于1cm
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来,找好参照点,在根据直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子不动,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)
错误切割示意图:主要原因是有参照点不同意造成的错误,极大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、截面法
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:轴线方向伸长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:由于制作材料存在一定的缺陷,当采用宽薄的拉条时,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
单位: N/m2,帕(Pa), 106Pa=1MPa, 109Pa=1GPa,
适用条件:
⑴上述公式对大多数横截面形状都适用;
但对于平截面假设不成立的某些特定截面,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。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,[σ]= 120MPa。试选择图示桁架的钢拉杆DI的直径d。
解:(1)受力分析
(2)设计截面尺寸
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:有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本,在此只做介绍:
力法:求多余未知力→结构内力→结构位移
位移法:先求某些节点位移→结构内力
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。