紙質(zhì)桿件的抗彎能力增強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(已修改)
2025-07-11 04:49 本頁(yè)面
【正文】 紙質(zhì)桿件的抗彎能力增強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 設(shè)計(jì)構(gòu)思構(gòu)思是設(shè)計(jì)的靈魂。要將模型設(shè)計(jì)為懸臂結(jié)構(gòu)，考慮模型制作的白卡紙力學(xué)性能，借用“塔吊”的思想對(duì)我們的設(shè)計(jì)進(jìn)行構(gòu)思，本次模型采用空間桁架結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)布置簡(jiǎn)單明了，穩(wěn)定性好，荷載傳遞路線清晰，構(gòu)件受力合理。充分利用白卡紙抗拉性能好的優(yōu)點(diǎn)。 造型構(gòu)思（1） 材料強(qiáng)度分析最弱，因此，總的設(shè)計(jì)思路是盡可能降低荷載產(chǎn)生的彎矩。由表1，表2可看出白卡紙的主要優(yōu)點(diǎn)在于它具有較強(qiáng)的抗拉性能；經(jīng)試驗(yàn)，白卡紙制成的桿件抗壓性能也較強(qiáng)。因此，結(jié)構(gòu)體系的桿件受力應(yīng)以桿件受拉和受壓為主。表1 230克白卡紙彈性模量名稱種類(lèi)層數(shù)彈性模量(MPa)230克白卡紙12表2 230克白卡紙極限應(yīng)力名稱類(lèi)型層厚(mm)拉應(yīng)力(N/mm2)壓應(yīng)力(N/mm2)備 注230克白卡紙受壓計(jì)算時(shí)需考慮長(zhǎng)細(xì)比對(duì)穩(wěn)定的影響（2）結(jié)構(gòu)功能要求所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)模型應(yīng)能為承載板提供承載平面，承載平面必須在支承平面以上。模型最低加載荷載不能少于5kg，最大加載荷載不能大于20kg（不包含掛籃系統(tǒng)重量），且必須承載20s；模型豎向或橫向最大撓度不大于跨度的1/10。（3）結(jié)構(gòu)立面形式的選擇結(jié)構(gòu)最重要的功能，就是承受其生命全過(guò)程中可能出現(xiàn)的各種荷載。因此，在選擇結(jié)構(gòu)立面形式中，為了能滿足結(jié)構(gòu)承載能力要求，我們做了以下幾個(gè)方案分析：圖1 立面形式比選方案一、造型簡(jiǎn)單，但受力不合理。方案二：傳力直接，但質(zhì)量大，不美觀。方案三、穩(wěn)定性較好，質(zhì)量較輕，充分利用紙帶很好的抗拉性能，實(shí)用性強(qiáng)，但傳力略復(fù)雜，紙帶的張拉難道大。但經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)和甄選，由構(gòu)思中得到啟發(fā)，充分考慮白卡紙的材料性質(zhì)，以結(jié)構(gòu)功能要求為基本出發(fā)點(diǎn)，從多種形式對(duì)比中，決定以桁架作基本形式，考慮穩(wěn)定性等方面的因素，最終選擇折弦式桁架作為結(jié)構(gòu)的立面形式。如圖2所示。圖2 最終模型（4）構(gòu)件截面的選擇由白卡紙材料性質(zhì)及結(jié)構(gòu)的功能要求決定了構(gòu)件宜以受拉、壓為主，而白卡紙的受拉性能較好，且拉桿不存在穩(wěn)定性問(wèn)題。因此，構(gòu)件的截面形式的選擇應(yīng)從受壓性能最優(yōu)的截面形式開(kāi)始考慮?？晒┻x擇時(shí)常見(jiàn)截面有圓形截面、方形截面、矩形截面等。上弦桿主要承受較大的軸心壓力。從圓形、方形、矩形截面中考慮，圓形的受壓性能優(yōu)于方形，方形優(yōu)于矩形。但是，考慮到模型制作時(shí)圓形截面節(jié)點(diǎn)的處理難度較大（如圖3所示），因此，上弦桿選方形截面為宜。腹桿主要承受拉力和壓力，但所受力的大小較上弦桿小得多。因此，考慮到腹桿與上弦桿、腹桿與下弦桿之間節(jié)點(diǎn)的連接方面，為了便于節(jié)點(diǎn)處理，腹桿截面選為與上弦外包尺寸相等的方形截面（僅白卡紙層數(shù)不同）。下弦桿以受拉為主，且拉桿不存在失穩(wěn)的問(wèn)題。因此，根據(jù)白卡紙抗拉性能較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，適當(dāng)減小下弦桿的截面面積，故將其選為高度小于寬度的矩形截面，也易于進(jìn)行節(jié)點(diǎn)處理。圖3 圓形截面桿件連接示意圖 結(jié)構(gòu)體系的選擇結(jié)構(gòu)體系的選擇主要從結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性出發(fā)。該體系為圖1所示的兩榀桁架，通過(guò)橫系桿在節(jié)點(diǎn)處將其連接成整體，并利用紙帶做成拉條支撐弦桿，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。這樣，整個(gè)結(jié)構(gòu)能夠具有較大的橫向、縱向的穩(wěn)定性，使結(jié)構(gòu)不至因偏心導(dǎo)致整體的傾覆。 模型設(shè)計(jì)圖紙 結(jié)構(gòu)作品效果圖效果圖1效果圖2圖4方案效果圖節(jié)點(diǎn)圖圖5 A節(jié)點(diǎn)處理示意圖圖6 B節(jié)點(diǎn)處理示意圖其他節(jié)點(diǎn)圖7 其他節(jié)點(diǎn)的處理 結(jié)構(gòu)構(gòu)思設(shè)計(jì)：全組三人 運(yùn)用草圖大師制圖：老盧 運(yùn)用力學(xué)求解器求解：葉總 承載能力驗(yàn)算：許工 122 計(jì)算書(shū) 計(jì)算計(jì)算簡(jiǎn)圖結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖8所示。 桿件編號(hào)為了便于運(yùn)用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算和數(shù)據(jù)分析，我們對(duì)結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)和桿件進(jìn)行了編號(hào)。各桿件的具體位置如圖8所示。圖8 結(jié)
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