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六年级科学第二单位1[精华]
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纸的厚度增加2倍,纸桥的抗弯曲能力增加（） A 1倍 B 2倍 C 2倍以上
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很高兴回答你的问题纸的厚度增加2倍,纸桥的抗弯曲能力增加【C】一般来说,从1倍纸到2倍纸,纸的厚度增加一倍,但抗弯曲能力却提高了五六倍
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纸质杆件的抗弯能力增强结构设计温馨提示：预览文档是原文件压缩的，下载后原文更清晰，没有水印！ 0纸质杆件的抗弯能力增强结构设计1 设计说明书1.1 设计构思构思是设计的灵魂。要将模型设计为悬臂结构，考虑模型制作的白卡纸力学性能，借用“塔吊”的思想对我们的设计进行构思，本次模型采用空间桁架结构体系，结构布置简单明了，稳定性好，荷载传递路线清晰，构件受力合理。充分利用白卡纸抗拉性能好的优点。1.1.1 造型构思（1） 材料强度分析最弱，因此，总的设计思路是尽可能降低荷载产生的弯矩。由表 1，表 2可看出白卡纸的主要优点在于它具有较强的抗拉性能；经试验，白卡纸制成的杆件抗压性能也较强。因此，结构体系的杆件受力应以杆件受拉和受压为主。表 1 230 克白卡纸弹性模量名称种类 层数 弹性模量(MPa)1 56.9230 克白卡纸2 148.2表 2 230 克白卡纸极限应力名称类型层厚(mm)拉应力(N/mm2)压应力(N/mm2)备 注230 克白卡纸 0.3 22.2 7.0受压计算时需考虑长细比对稳定的影响（2）结构功能要求所设计结构模型应能为承载板提供承载平面，承载平面必须在支承平面以1上。模型最低加载荷载不能少于 5kg，最大加载荷载不能大于 20kg（不包含挂篮系统重量） ，且必须承载 20s；模型竖向或横向最大挠度不大于跨度的 1/10。（3）结构立面形式的选择结构最重要的功能，就是承受其生命全过程中可能出现的各种荷载。因此，在选择结构立面形式中，为了能满足结构承载能力要求，我们做了以下几个方案分析：图 1 立面形式比选方案一、造型简单，但受力不合理。方案二：传力直接，但质量大，不美观。方案三、稳定性较好，质量较轻，充分利用纸带很好的抗拉性能，实用性强，但传力略复杂，纸带的张拉难道大。但经过反复试验和甄选，由构思中得到启发，充分考虑白卡纸的材料性质，以结构功能要求为基本出发点，从多种形式对比中，决定以桁架作基本形式，考虑稳定性等方面的因素，最终选择折弦式桁架作为结构的立面形式。如图 2 所示。2图 2 最终模型（4）构件截面的选择由白卡纸材料性质及结构的功能要求决定了构件宜以受拉、压为主，而白卡纸的受拉性能较好，且拉杆不存在稳定性问题。因此，构件的截面形式的选择应从受压性能最优的截面形式开始考虑。可供选择时常见截面有圆形截面、方形截面、矩形截面等。上弦杆主要承受较大的轴心压力。从圆形、方形、矩形截面中考虑，圆形的受压性能优于方形，方形优于矩形。但是，考虑到模型制作时圆形截面节点的处理难度较大（如图 3 所示） ，因此，上弦杆选方形截面为宜。腹杆主要承受拉力和压力，但所受力的大小较上弦杆小得多。因此，考虑到腹杆与上弦杆、腹杆与下弦杆之间节点的连接方面，为了便于节点处理，腹杆截面选为与上弦外包尺寸相等的方形截面（仅白卡纸层数不同） 。下弦杆以受拉为主，且拉杆不存在失稳的问题。因此，根据白卡纸抗拉性能较强的优势，适当减小下弦杆的截面面积，故将其选为高度小于宽度的矩形截面，也易于进行节点处理。3图 3 圆形截面杆件连接示意图1.1.2 结构体系的选择结构体系的选择主要从结构的整体稳定性出发。该体系为图 1 所示的两榀桁架，通过横系杆在节点处将其连接成整体，并利用纸带做成拉条支撑弦杆，增强结构的稳定性。这样，整个结构能够具有较大的横向、纵向的稳定性，使结构不至因偏心导致整体的倾覆。1.2 模型设计图纸1.2.1 结构作品效果图效果图 14效果图 2图 4 方案效果图1.2.2 节点处理示意图节点图图 5 A 节点处理示意图5图 6 B 节点处理示意图其他节点图 7 其他节点的处理1.3 小组成员工作分工说明结构构思设计：全组三人运用草图大师制图：老卢运用力学求解器求解：叶总承载能力验算：许工02 计算书2.1 计算计算简图结构的计算简图如图 8 所示。2.2 杆件编号为了便于运用结构力学求解器软件对结构进行分析计算和数据分析，我们对结构的节点和杆件进行了编号。各杆件的具体位置如图 8 所示。图 8 结构计算简图12.2.1 构件截面尺寸上弦杆：方形，10mm×10mm，厚度 10mm下弦杆：矩形 10mm×10mm，厚度 10mm腹杆：方形，10mm×10mm，厚度 10mm拉条：宽 10mm，厚度 10mm2.2.2 材料力学性质参见表 1，表 2 。静载工况下结构的内力分析2.2.3 结构内力图：2图 9 轴力图（N）图 10 剪力图（N）3图 11 弯矩图（ ）ANm通过内力分析，可以看出，结构各杆件轴力较均匀，但在节点处发生突变，因此应在薄弱部位（如结构突变、节点处）予以加强，对最不利位置进行特殊处理，增加一定的刚度，防止破坏的发生。2.2.4 结构刚度计算模型在竖向荷载作用下，产生相应的位移，如图 12 所示，为结构主要节点位移变化情况,各节点具体位移值见附录三。4图 12 位移图2.3 承载能力验算2.3.1 强度、稳定性验算经大量试验得到不同长细比下的稳定系数，见表 3。表 3 不同长细比对应的稳定系数长细比 λ 10 20 30 40 50 60 70 80稳定系数 ?0.93 0.88 0.78 0.66 0.59 0.52 0.48 0.371， 拉杆结构的拉杆均为纸带，计算承受最大轴力的 53 号杆件的承载力5满足强度要求2， 悬臂杆件悬臂的回转半径 i===6.46mm，杆件的计算长度为 360mm，= =55.71，查表 3 由内插法得悬臂在荷载作用下最大轴力= 229.57（压）+= + = 12.78< [] = 16MPa3,底柱杆件的回转半径 I = = = 4.0mm，杆件的计算长度为 200mm，= = 50，查表 3 得底柱在荷载作用下最大轴力为 = 206.54N（压）= = 10.29 < [] = 13MPa满足强度要求2.3.2 刚度验算竖向荷载下结构变形小，经计算最大竖向挠度为 37.66mm < [f] = 40mm,满足强度要求。2.3.3 承载力估算1， 强度、稳定条件控制的最大承重材料抗压强度为= 7N/m，荷载作用下悬臂受压杆件最不利，临界应力 = 5.43 N/m，由此推出=20 x = 25.78kg2， 刚度条件控制的最大承重20kg 荷载下，最大挠度 f = 37.66mm。本设计容许最大变形 [f] = 40mm,则变形控制的最大承重 = 20 x =21.24kg。考虑制作误差等缺陷影响，取安全系数。则= min｛｝/ = 22.30kg这说明，在保证强度、稳定性和刚度的条件下，本悬臂结构具有足够的承载力。2.4 破坏形式的估计对模型的特点及以上计算的受力分析，粗略估计该模型的破坏形式主要有以6下两种：（1） 偏心产生的整体倾覆由于模型的主体结构处于支座上方，重心较高，制作误差及加载过程中的偏差致使模型存在偏心作用，从而使模型发生横向的整体倾覆。（2） 局部损坏导致结构破坏由以上的受力分析可看出上弦杆压应力较大，最接近其极限压应力，故在无偏心以及制作误差较小的情况下，上弦杆将最早达到屈服，从而引起结构的破坏。7附录一 结构力学求解器输入源代码结点,1,0,0结点,2,100,0结点,3,100,200结点,4,100,400结点,5,100,600结点,6,100,650结点,7,190,650结点,8,280,650结点,9,370,650结点,10,460,650结点,11,550,650结点,12,460,600结点,13,370,600结点,14,280,600结点,15,190,600结点,16,0,200结点,17,0,400结点,18,0,600结点,19,0,650结点,20,-90,650结点,21,-180,650结点,22,-180,600结点,23,-90,600结点,24,50,770结点,25,25,710结点,26,75,710结点,27,550,700结点,28,-180,0单元,21,22,1,1,0,1,1,0单元,21,20,1,1,0,1,1,0单元,20,19,1,1,0,1,1,0单元,19,6,1,1,0,1,1,0单元,6,7,1,1,0,1,1,0单元,7,8,1,1,0,1,1,0单元,8,9,1,1,0,1,1,0单元,9,10,1,1,0,1,1,0单元,22,23,1,1,0,1,1,0单元,23,18,1,1,0,1,1,0单元,18,5,1,1,0,1,1,0单元,5,15,1,1,0,1,1,0单元,15,14,1,1,0,1,1,0单元,14,13,1,1,0,1,1,0单元,13,12,1,1,0,1,1,0单元,10,11,1,1,0,1,1,0单元,11,12,1,1,0,1,1,0单元,20,23,1,1,0,1,1,0单元,18,19,1,1,0,1,1,0单元,6,5,1,1,0,1,1,0单元,7,15,1,1,0,1,1,0单元,8,14,1,1,0,1,1,0单元,9,13,1,1,0,1,1,0单元,10,12,1,1,0,1,1,0单元,21,23,1,1,0,1,1,0单元,23,19,1,1,0,1,1,0单元,19,5,1,1,0,1,1,0单元,5,7,1,1,0,1,1,0单元,7,14,1,1,0,1,1,0单元,14,9,1,1,0,1,1,0单元,9,12,1,1,0,1,1,0单元,11,27,1,1,1,1,1,1单元,27,10,1,1,1,1,1,1单元,19,25,1,1,0,1,1,1单元,25,24,1,1,1,1,1,11单元,24,26,1,1,1,1,1,1单元,26,6,1,1,1,1,1,0单元,2,3,1,1,0,1,1,0单元,25,26,1,1,0,1,1,0单元,3,4,1,1,0,1,1,0单元,4,5,1,1,0,1,1,0单元,1,16,1,1,1,1,1,1单元,16,17,1,1,0,1,1,0单元,17,18,1,1,0,1,1,0单元,1,2,1,1,0,1,1,0单元,1,28,1,1,0,1,1,0单元,3,16,1,1,0,1,1,0单元,4,17,1,1,0,1,1,0单元,1,3,1,1,0,1,1,0单元,3,17,1,1,0,1,1,0单元,17,5,1,1,0,1,1,0单元,24,27,1,1,0,1,1,0单元,24,21,1,1,0,1,1,0单元,28,22,1,1,0,1,1,0结点支承,28,3,0,0,0结点支承,1,3,0,0,0结点支承,2,3,0,0,0单元荷载,16,3,1,0,1,90单元材料性质,1,54,1,1,0,0,-11附录二 支架结构内力输出值内力计算杆端内力值 ( 乘子 = 1)杆端 1 杆端 2单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩-----------------------------------------------------------------------------------------------1 137...... -55...... -55......8......1...... -58...... -58...... -297...7......... -201...1... -201...1... -229...9... -229...9... 9...... 9...... -129...9... 148...... 0...... -21...... -66...... 0...... 0...... -0...... -138...8... -115...5... 115...... -164...4... -136...6... 136...... -136...6... 136...... 116...... -192...2... -41...... -42...... -72...... -71...... -206...6... 0...... -206...6... -206...6... -21...... -21...... -21...... 0...... 0...... 0...... 0...... 0...... -0...... 0...... 169...... 176...... 137......---------------------------------------------------------------------------------------------4附录三 支架结构变形输出值位移计算杆端位移值 ( 乘子 = 1)杆端 1 杆端 2单元码 u -水平位移 v -竖直位移 θ-转角 u -水平位移 v -竖直位移 θ-转角1
-946.493.677
-946.801.527
-674.794.781
-674.794.781
-473.788.036 - -473.788.036 - -
-597.493.677
-597.493.677
-462.326.460 - -462.326.460 - -
-846.493.677
-846.326.460 - -
-738.493.677
-738.493.677
-538.788.036 - -538.788.036 - -
- -926...3.16..824.428 - -
- -328.262.084 - -328.262.084 - -
- - 0..3.16..716..7.084 - -328.262.084 - -
- - 0...... 0......
- -370.16..7262.084 - -741.262.084 - -741...3.16..16...084 - -328.262.084 - -
- -841.801.527
-841...5.493.677
-695.822795
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在研究纸的厚度与抗弯曲能力的关系时,应控制哪些条件不变?
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弯曲时的角速度,突变的动载荷和缓慢变化的静载荷是完全不同的.纸板的形状施加力或力矩的作用点、支撑物的约束点
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扫描下载二维码教科版六年级上册第二单元《形状与结构》；2-1、《抵抗弯曲》；一、填空题：；1、用长方形横梁建房时，横梁都是立放（填“立放”；二、选择题：；1、为了增强横梁抵抗弯曲的能力，我们通常把横梁（；A、只与材料的厚度有关B、只与材料的宽度有关C、；3、材料的厚度和宽度哪个影响材料的抗弯曲能力更多；三、实验题：；根据下表提供的实验数据，这组同学研究的是材料的厚；（2）
教科版六年级上册第二单元《形状与结构》
2-1、《抵抗弯曲》 一、填空题： 1、用长方形横梁建房时，横梁都是
（填“立放”或“平放”）的。因为这样放
（填“容易”或“不容易”）弯曲。 2、在研究纸的宽度与抗弯曲能力的关系时，要改变的条件是
3、我们可以用
增加宽度 等方法来增强物体抵抗弯曲的能力。
二、选择题： 1、为了增强横梁抵抗弯曲的能力，我们通常把横梁（
） A、横着放
C、斜着放 2、材料的抗弯曲能力（
A、只与材料的厚度有关
B、只与材料的宽度有关
C、与材料的宽度和厚度都有关 3、材料的厚度和宽度哪个影响材料的抗弯曲能力更多（
） A、同样程度
三、实验题： 根据下表提供的实验数据，这组同学研究的是材料的
与抗弯曲能力的大小关系的。
承受的垫2个 圈个数 5个 9个 16个 （1）此实验必须控制相同的量有：
材料的宽度、材料的形状
（写出2个即可） （2）分析表中数据，你能得出的结论是： 材料的厚度越大，抗弯曲能力越强 。
2-2、《形状与抗弯曲能力》 一、填空题： 1、提高材料的弯曲能力，可以增加材料的厚度和宽度，还可以改变材料的
2、把薄板形材料弯折成“L”“T”或“工”字等形状，实际上都是减少了材料的
，而增加了材料的
。 3、在研究纸的形状是否会影响抗弯曲能力时，应改变的条件是
二、选择题： 1、在检验不同形状的纸抗弯曲能力的时候，下列分析正确的是（
） A、纸抗弯曲的能力随着纸的厚度增加而减小 B、纸抗弯曲的能力与纸被垫的高度有关 C、纸抗弯曲的能力与纸的形状有关 2、瓦楞纸抵抗弯曲的能力很强主要原因是（
） A、它很厚
C、它的形状改变了 3、下边三种形状中的（
）是增强抗弯曲能力实验中抗弯力最强的。
三、判断题： 1、改变物体的形状可以改变它抵抗弯曲的能力。（ √ ） 2、把钢材或铝材做成“T”、“L”、“工”字或“口”字形等形状，对抗弯曲能力没有影响。（
） 3、瓦楞纸运用了改变物体的形状，抗弯曲能力也会改变的原理。 （ √ ） 4、4、“V”、“I”、“U”“、T”、“工”字等形状，增加了宽度，减少了厚度。（ × ）
2-3、拱形的力量 一、填空题： 1、拱形承载重量时，能把压力向
传递给相邻的部分。 2、拱形各个部分受到压力时会产生一个
向外推的力
，抵住 这个力（ 拱足）
，拱就能承受巨大的压力。
二、选择题： 1、拱形能承受更大的压力，是因为（ A ） A、拱形受到压力时，能所压力向下和向外传递给相邻的部分 B、拱形与其他形状相比，增加了材料的厚度 C、建造拱形时选择了特殊的材料 2、要使纸拱的形状保持不变，可以（
） A、抵住纸拱的外推力
B、增加纸拱的厚度 C、减轻纸拱承受的压力 3、许多桥梁建成拱形，主要是为了（
） A、更加美观
B、节省材料
C、更加牢固
三、简答题：
请用箭头和文字解释拱形能承受更大力的原因。
拱形受到压力时，会把压力向处向外传递给 相邻的部分，抵住拱足，就能承受很大的力。
2-4、《找拱形》 一、填空题： 1、球形在各个方向上都是
，这种形状比任何形状都要
。 2、圆顶形可以看成
的组合，它有承载压力大的特点，而且不产生
的力。 3、人体自然形成的结构非常巧妙。人的
近似于球形，可以很好地保护人脑；拱形的
护卫着胸腔中的内脏；
可以更好地承载人体的重量。
二、选择题： 1、安全帽之所以承受压力好，是因为它利用（
）的原理。 A、拱形
C、塔形 2、圆顶形的安全帽，受压后，（
）产生向外推的力。 A、会
C、可能会可能不会 3、人的脚能承受较大的重量，主要是因为（
）。 A、脚骨组成拱形结构
B、脚骨的数量多
C、脚部肌肉发达
D、有关节和骨头共同支撑
三、判断题： 1、鸡蛋近似于球形，因为这样可使它更坚固。
） 2、圆顶形和球形可以看成拱形组合，承载压力大，而且不产生向外推的力。（ √ ） 3、人的足骨构成一个拱形――足弓，它可以更好地承载人体的重量。（ √ ） 4、圆顶形的龟壳，主要是让乌龟更加漂亮（ × ）
5、圆顶形的抗弯曲能力最强。（ √ ）
2-5、《做框架》 一、填空题： 1、像艾斐尔铁塔这种骨架式的构造常被叫做
结构，这种结构的“小格子”基都是
形。 2、三角形和四边形是最基本的框架，
形更加稳固。
二、选择题： 1、下列最稳固的形状是（
A ） A、Δ
2、下列哪个框架不易变形（ B
D 3、下列形状中最坚固的是（ B
）。 A、长方形
D、平行四边形 三亿文库包含各类专业文献、幼儿教育、小学教育、高等教育、外语学习资料、文学作品欣赏、中学教育、各类资格考试、六年级上册第二单元课堂记录与练习附答案14等内容。　
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