结构与稳定性(1)课件

结构的稳定性

●结构与稳定性生活中，常能看到——大风吹歪了花盆风吹倒路边的自行车一、什么是结构体的稳定性？●结构与稳定性平衡破坏，翻车了一、什么是结构体的稳定性生活中，常能看到——●结构与稳定性受到风力作用，广告牌子倒了！生活中，常能看到——一、什么是结构体的稳定性●结构与稳定性以上各例，共同点：结构体本身并没有破坏（本身完好），只是在受到作用下自身平衡状态被打破，出现结构体歪了、倒了、翻了等力学非平衡现象。一、什么是结构体的稳定性●结构与稳定性结构的稳定性：结构在负载的作用下维持其原有的平衡状态的能力。稳定性是结构的重要性质之一。进行产品设计时，应使结构的稳定性符合使用需求。一、什么是结构体的稳定性然而同样的大风，有的物体没有歪倒，有的歪倒了。可见：不同的结构体，其抗御负载作用维持自身平衡的能力即结构的稳定性不同。那么，影响结构稳定性的

因素主要有哪些？

探究试验一：铁块和泡沫的组合体铁块泡沫泡沫铁块．．重心结论：影响结构稳定性因素一：注：重心越低越稳定。重心的高低。例1、单从电动自行车的稳定性看，哪种电池

位置的设计比较好？√答：右车电池位置较低，使整车的重心较低，稳定性增强。右车电池位置设计使车稳定性更好。√例2、除底座材质不同外，其他部位、外形都相同的两落地扇，哪种不易倾倒？

底座是金属盘底座是橡胶盘答：底座是金属盘的不易倾倒。原因：金属密度大，更重，使整扇重心更低，更稳定。不倒翁为什么不倒？如果在它脖子上挂上一定数量的铁环，它还会不倒吗？研究不倒翁的结构，发现不倒翁的重心很低，就在它与地面的接触点上，所以不倒，如果往它的脖子挂上铁环，它的重心位置升高了，当铁环达到一定数量时，不倒翁就不在是不倒翁了。●结构与稳定性二、影响结构稳定性的主要因素有哪些？

●重心的高低。重心越低，稳度性越好。以前的农作物个子高，遭遇暴风骤雨容易倾覆，造成减产；现在的农作物普遍个子矮。就是利用了重心低结构稳定的原理。

比萨斜塔为什么会斜而不倒？

它从1174年始建，1350年竣工，经历了176年。但由于塔身过重，地质松软，因此塔身仍以每年1．25毫米的速度向南倾斜。到1999年1月，塔顶比中轴线偏斜已达4．8米。意大利当局为了拯救斜塔，已向全世界广泛征求保护方案，同时在塔的北侧加压了830吨的铅块，并在塔身的三分之一处加了一圈铜缆，向北牵拉固定。不过斜有斜的好处，每天为“斜”而来的参观者多达10余万人，扔下大把大把的银子。如果它是一座正塔，比萨就不会有今天的风光，也就不会有这么多便宜可占了。探究性试验二：活动方形架

重心所在点的垂线落在支撑面的范围，就是稳定的。

例如：一摞书，整齐放置时的稳如泰山；另一种放法：每本都往一边慢慢往外放置，到一定程度时一摞书就全倒了。结论：影响结构稳定性因素：小资料二：中国的斜塔

辽宁瑞州古塔，现存塔身高10米，塔身向东北方向倾斜12度，塔尖水平位移1.7米。该塔建成之后虽几经地震与洪水破坏，却始终斜而不倒，堪称奇迹。苏州的虎丘塔虎丘塔高47.7米，比意大利比萨斜塔矮6米；塔尖偏离中心2.34米，是比萨塔的一半；虎丘塔建于961年，比比萨塔早完工390年。因为地基不牢，重6000吨的塔便倾向土堆的一边。

例3、下面凳子的腿一个向里收，一个竖直，一个向外叉开。单从稳定性看，哪种最好？为什么？√凳腿向外叉开，四个腿和地面接触处连线所围支撑面更大，重力作用线不易落到支撑面外，稳定性自然更好。

（注意“接触面”和“支撑面”的区别）√思考：为什么艾菲尔铁塔的底座很大？

结论：影响结构稳定性因素二：

注:

支撑面越大越坚实，稳定性就越好。

支撑面的大小。结构的支撑面结构的接触面提示：注意接触面与支撑面的区分。例5、为什么大坝的横截面总是建成梯形？

答：大坝建成梯形，大坝自身重心更低，同时也增大了坝与地面接触所形成的支撑面，支撑面越大稳定性就越好。

例6、众所周知，落地扇不易倾倒。落地扇稳定性好的原因是什么吗？答：原因总结落地扇的重心低；（底座采用较重的材料）底座和地面接触面积大（重力作用线落在支撑底面内）探究性试验三：不同结构形状的框架：结论：影响结构稳定性因素三：注：三角形有较好的稳定性

结构的形状人们利用梯子可以登高。请分析A字形梯载人时能稳定的原因，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。

生活中我们有这样的经验，一个物体要有三个支撑点才能稳定，如果只有两个就会倒下。但是，自行车在骑起来时，却只有两个支撑点，为什么不会倒下？思考：再如陀螺，转动起来不易歪倒等等。陀螺效应：凡是高速旋转的物体，都有一种使转动轴保持不变的能力，这种能力使得陀螺即使在不平的支持面上转动也不会倒下。所以一旦自行车运动起来后，转动的车轮也具备这种能力，这种能力使得自行车即使发生了倾斜，也能自动地把自行车调整过来，这就是自行车不倒的原因。可见：结构的稳定性还和结构体的运动状态有关。例7、照相机的支撑架为什么常使用三脚架而不用其他形状？

答：要使结构稳定，必须要有支撑面，而要产生支撑面，和地面至少要有3个触点；同时，3点决定一平面，可使照相机随放随稳，不会出现因凸凹不平而放不稳的现象；三角架是用料最省、最简单的稳定结构。例8、分析下列两种自行车能够稳定地停放在地面上的原因。分析如上图。叙述略。

思考：自行车如果没有任何支腿，仅靠前后轮的两个触地点，能否静止不歪倒？骑行时为什么能不歪倒？“思考”参考答案：不能。因为前后轮的两个触地点在地面上无法形成支撑面（支撑面积为0），无法稳定。骑行时，车处于运动状态，使其稳定性增大。

例9、临时摆放的屏风为什么摆成“Ｚ”字型，而不摆成“一”字型？答：可增大接触面连线所围支撑面的面积，从而提高屏风的稳定性。如下图示意：日常生活中我们利用稳定的结构抵抗外力、承受负载，那么我们是否也可以利用不稳定的结构来实现某些功能呢？例10、倒置的啤酒瓶可以监测地震。为什么？答：倒置时支撑面变小，而重心升高，所以稳定性变差。当地震发生时，地面稍有晃动，瓶即倾倒。人们寻声就可知道发生地震了。思考：类似的例子同学们能再举一个吗？答：例如张衡的地动仪。欹（音qī

奇）器，又常被称做歌器。它是一种灌溉用的汲水罐器，是我国古代劳动人民在生产实践中的创造。欹器有一种奇妙的本领：未装水时略向前倾，待灌入少量水后，罐身就竖起来一些，而一旦灌满水时，罐子就会一下子倾覆过来，把水倒净，尔后又自动复原，等待再次灌水。例11、在深井用桶打水，桶口边常挂一重物，在水面处能自动使空桶翻倒来打水。(3)在我国四川的广汉三星堆出土的器具有许多都是尖底的。怎么摆放才稳定呢？练习:(1)在拥挤的公共汽车上已没有座位，你必须站着，而扶手你让给了旁边的老人，你在公共汽车上要如何才能保持自己的没摔倒？(2)货物应尽量放在船舱里还是甲板上？为什么？人的身体的稳定性取决于支撑面的大小和人体姿势重心的高低，在一定范围内，两脚分得越开，则重心越低，支撑面变大，越稳定！本节内容小结