结构模型竞赛所用材料力学性质报告

第一篇：结构模型竞赛所用材料力学性质报告

结构模型竞赛所用材料力学性能报告

材料力学性能测试

为了充分的利用材料，考虑木材的限量提供，研究材料（木条的顺逆纹）的受压受拉性能，并确定是否能承受理论受力值，抗弯能力的限度以及弹性模量具体值，确实502胶水凝结强度的最佳时间。此次材料力学性能的测试项目有：木材抗拉强度、木材弹性模量、胶水强度及最佳时间。

木材抗拉强度

木材抗拉强度分为顺纹抗拉和横纹抗拉两种，当拉力方向与木材纤维方向平行时为顺纹受拉。木材单纤维的抗拉强度很高。理论上顺纹抗拉强度是木材所有强度中最高的，但在实际使用中，木材的各种缺陷（木节、裂缝、斜纹、虫蛀等）对顺纹抗拉强度的影响很大，所以在选用材料时应注意相关事项。当拉力方向与木材纤维方向垂直时为横纹受拉，横纹受拉破坏是将木材纤维横向撕裂，由于木材纤维之间的横向连接比较薄弱，所以木材的横纹抗拉强度很低。

通过单根木条顺纹的拉伸试验，可知：木材抗拉强度良好，伸长率小，适合作为受拉杆件。

木材抗压强度

木材抗压强度分为顺纹抗压和横纹抗压。当压力方向与木材纤维方向平行时为顺纹受压，顺纹受压破坏是由于木材细胞壁失稳造成的，而非纤维的断裂。木材的顺纹抗压强度较高，且疵病对其影响较小，工程中用作竹子、斜撑等的木材均为顺纹受压构件。当压力方向与木材纤维方向垂直时为横纹受压，横纹受压破坏是由于木材细长的管状细胞被压扁，产生大量变形造成的。木材的横纹抗压强度很低。

试件规格：长×宽×厚=30mm×12mm×4mm

其变形曲线类似于混凝土的应力-应变曲线，此木材顺纹抗压强度较好，变形在一定范围内较小，适合作为受压杆件。在观察破坏形式时发现，最终破坏是在胶水的粘结面破坏。

胶水强度

用同声502胶水将两段三层木条对接，但不涂胶，而是用长1cm的标准厚度（4mm）的小木条顺纹加箍，做三批试样分别凝结了4h、8h和12h，用拉伸试验机对其分别进行拉伸试验。

通过对用胶水对接的杆件进行拉伸，可知：502胶水强度较高，凝结时间为4h的试件在接触面被划开破坏，而8h和12h试件都为接触面处木条表层脱落破坏，因此可确定此胶水强度很高并且在一定力值范围内变形小，足以用于粘结材料。

注：其中每根木条的质量约为86.6g

土木工程科技协会

2011.11

第二篇：黏土矿物结构特征及物理力学性质

【黏土矿物结构特征及物理力学性质】

黏土矿物实际上是由一种铝-硅酸盐晶体，是由两种晶片交互成层叠置构成的两种基本构成单元：硅氧四面体（片）铝氢氧八面体（片）

蒙脱石————范德华键力没有氢键、较大的吸水膨胀逝水收缩

伊利石————结构稳定性优于蒙脱石

高岭石————主要是氢键，亲水性、膨胀性和收缩性均小于伊利石

特性{颗粒大小吸水性、膨胀性压缩性、强度}

【分层总和法】

按分层总和法计算基础最终沉降啦量，应在地基压缩层的范围内划分为若干分层。计算分层的压缩量然后求其总和

1、将地基分层

2、计算个分层的自重应力

3、计算基底药力P和分层面的附加应力 P=F+G/APo=p-γm.*d4、确定压缩层深度

5、计算平均自重应力和平均应力

6、e-p 曲线

7、各分层沉降量

8、总沉降量 S=（e1-e2／1+e1）*H=Δp/Es *H=α/1+e1*Δp*H

【Pc的确定方法】

① 从e-IgP曲线上找出曲率半径最小的一点A，过A点做水平线A1和切线A2 ② 左∠A1AA2的角平分线AA3，与e-Ig曲线中直线的延长线相交于B点

B点所对应的有效应力就是前期固结压力PcS=（e1-e2／1+e1）*H=Δp/Es *H=α/1+e1*Δp*H

【角点法】

矩形荷载面上受均布荷载或三角形分布荷载时，在一个角点下任一深度点利用布辛奈斯克竖向应力解表来计算地基中任一点竖向附加应力的方法

【土力学】

是研究土体的一门力学，它研究的是土体的应力，变形、强度、渗流及长期稳定性的一门学科。广义的土力学又包括土的生成、组成，物理化学性质及分类在内的土质学

第三篇：大学生结构模型创新竞赛改

2014年江苏省大学生结构模型创新竞赛·热身赛

——常州工学院土建学院大学生建筑结构模型方案设计竞赛

一、作品要求

1、作品形式：

所设计方案的模型结构形式、结构所用材料不限。

每件结构模型的尺度限定为：最大单向尺寸不得大于800毫米（800*800*800）。具体细节：

最好有模型底盘，如有必要应制作建筑地形环境。

建筑结构模型应该简洁大方，既能直观表达结构体系，又能形象展示建筑造型。

2、分组要求

限定每组2人，自由组队（如进入竞赛下一轮，必须变成3人组且必须跨专业搭配）。

二、竞赛形式

1、成果要求：

本次竞赛以作品展示为主，通过PPT和文本来进行汇报介绍。

PPT：包括（设计说明、结构选型、方案平立剖、模型制作工艺、效果图或动画）； 文本：A3，包括（基础研究、案例分析、设计构思、方案设计和PPT要求内容）。

将选择优秀作品进行模型制作，并参加下一轮的模型作品竞赛。

再择优参加“2014年江苏省大学生土木工程结构创新竞赛”作品展示和评比。

2、时间安排：

竞赛时间安排在本学期15、16周，具体时间另行通知。

三、设计原则

竞赛主题为建筑结构模型创新，应反映必要的建筑结构概念。

设计方案以展示学生的力学概念、结构概念、创新思维为主。

鼓励生态低碳、节能减排、循环经济、灵活适变的创新思路。

竞赛动员

1、本次竞赛与11建班《建筑结构选型》课程考核挂钩，作为总评成绩之一；

2、竞赛优胜者同时会有竞赛奖励，且有下一轮竞赛选拔的优先权；

3、择优进入模型制作环节的小组可以申请立项选修创新学分。

参赛范围：建筑，二～四年级；土木，二～三年级。

希望同学们认真准备、积极参赛。

2014年04月30日

第四篇：力学竞赛试题

第七届全国周培源大学生力学竞赛试题

出题学校：西北工业大学

满分：120分 时间：3 小时

一、小球在高脚玻璃杯中的运动(20 分)

一半球形高脚玻璃杯，半径 r =5cm，其质量 m1=0.3 kg，杯底座半径 R =5 cm，厚度不计，杯脚高度 h =10 cm。如果有一个质量 1.0 2 = m kg 的光滑小球自杯子的边缘由静止释放后沿杯的内侧滑下，小球的半径忽略不计。已知杯子底座与水平面之间的静摩擦因数 fs = 0.5。试分析小球在运动过程中：（1）高脚玻璃杯会不会滑动；（2）高脚玻璃杯会不会侧倾（即一侧翘起）。

二、杂耍圆环(40 分)

1.杂技演员将一个刚性圆环沿水平地面滚出，起始圆环一跳一跳地向前滚动，随后不离开地面向前滚动，为什么？

2.杂技演员拿出一个匀质圆环，沿粗糙的水平地面向前抛出，不久圆环又自动返回到演员跟前。设圆环与地面接触瞬时圆环中心 O 点的速度大小为 v0，圆环的角速度为 ω0，圆环半径为 r，质量为 m，圆环与地面间的静摩擦因数为 s f，不计滚动摩阻，试问：

（1）圆环能自己滚回来的条件是什么？

（2）圆环开始向回滚动直到无滑动地滚动，在此运动过程中，圆环所走过的距离是多少？

（3）当圆环在水平地面上无滑动地滚动时，其中心的速度大小为 v1，圆环平面保持在铅垂平面内。试分析圆环碰到高为 的无弹性台阶后，能不脱离接触地爬上该台阶所应满足的条件。

3.演员又用细铁棍推动题 2中匀质圆环在水平地面上匀速纯滚动，假设圆环保持在铅垂平面内滚动，如图所示。又知铁棍与圆环之间的静摩擦因数为 ft，圆环与地面间的滚动摩阻系数为 δ。试求为使铁棍的推力（铁棍对圆环的作用力）最小，圆环上与铁棍的接触点的位置。

三、趣味单杠(30 分)

单杠运动是奥运会、世界体操锦标赛、世界杯体操比赛中男子体操比赛项目之一。单杠是体操比赛中最具观赏性的项目，也是观众最喜欢的运动，在学校和健身场所拥有众多的爱好者，小李和小张就是其中之一。一天，他们准备在单杠上进行大回环比赛。假设单杠的横杆和立柱均为直径 D=28mm的钢杆，弹性模量E=200GPa，许用应力[σ]=160MPa，横杆长 L=2.4m，立柱高 H=2.6m。立柱与地面、横杆与立柱之间均为固定联结。假设两人旋转到单杠所在平面内时的惯性载荷均为 F=1000N，不计人的自重。

1.试分析两人同步旋转到单杠所在平面内时，结构中的最大应力。

2.若两人相差 180°旋转到单杠所在平面内，对结构中的最大应力有什么影响。

3.为提高结构承载能力，有人提出在单杠距地面 0.6m 处增加一个直径 20mm的拉杆。试定性分析该杆对上述两种情况的影响。

四、跳板跳水(30 分)

举世瞩目的第 29 届北京奥林匹克运动会上，具有“梦之队”之称的中国跳水队获得了跳水比赛8枚金牌中的7枚，囊括了3m跳板跳水的4枚金牌。Duraflex 的 Maxiflex Model B 跳水板是奥林匹克跳水比赛和国际级跳水比赛唯一指定使用的产品，它的具体尺寸如图所示，其中横截面尺寸为 b=0.5m，h= 0.05m，跳板的弹性模量E=70GPa，比重γ= 25kN/m3，a=3.2m，l=m 1.6。运动员从跳板上上跃至距地面最高点后落至跳板端点C，再从跳板上

弹起至空中完成动作后落水。若运动员体重 G=700N，最大弹跳高度H= 0.6m，取 g =9.8m/s2。

1.根据所学知识，建立相应的力学分析模型。

2.为保证运动员落水安全，运动员从空中落入水中时，在跳板所在平面处，运动员质心距跳板 C端最小距离s应大于 0.5m。试求运动员从跳板上跃时所需最小水平速度（假设水平方向为匀速运动）？

3.不计跳板质量，将运动员视为刚体时，运动员冲击跳板时，跳板中的最大动应力为多少？

4.如运动员为弹性体，定性说明在冲击时跳板中的最大动应力增大还是减小？

5.如考虑跳板质量，试计算跳板中的最大动应力。

第七届全国周培源大学生力学竞赛试题参考答案

一、小球在高脚玻璃杯中的运动(20 分)

当小球自杯子的边缘由静止释放后沿杯子的内侧滑下到与铅垂方向夹角 时，高脚玻璃杯侧倾（一侧翘起）。

二、杂耍圆环(40 分)

1.圆环不是匀质的，质心不在圆环的中心。开始滚动角速度大，圆环一跳一跳地向前滚动；随后角速度减小，所以圆环不离开地面向前滚动。

2.（1）圆环自己滚回的条件为： 方向如图所示。

（2）距离：

（3）圆环能不脱离接触地爬上台阶所应满足的条件为 ：

3．当接触点 A与圆环中心 C 的连线与铅垂线间的夹角 时，推力 F 取最小值。

三、趣味单杠(30 分)

（1）结构中的最大应力

（2）结构中的最大应力

（3）在结构中增加拉杆后，（2）中为反对称结构，在对称面上只有反对称内力，故 AB 杆轴力为零，无影响；（1）中为对称结构，在对称面上只有对称内力，故 AB杆轴力不为零，有影响。

四、跳板跳水(30 分)

（1）根据跳板的受力情况，可以将其简化为下图所示外伸梁。

（2）最小水平速度为

（3）跳板的最大动应力为

（4）如运动员为弹性体，冲击时跳板中的最大动应力将减小。

（5）跳板的最大动应力为

第五篇：模型设计竞赛

力行队模型设计竞赛说明书

格栅拱架模型设计竞赛说明书

设计题目：格栅拱架模型设计

力行队模型设计竞赛说明书

目录

一.设计说明...............................................................................................................................3 1.1 方案构思.........................................................................................................................3 1.2 模型制作材料及工具.....................................................................................................4 二.设计方案...............................................................................................................................4 2.1结构选型..........................................................................................................................4 2.2模型参数的获得及方法..................................................................................................6 2.3模型设计方法与步骤......................................................................................................6 2.4模型设计图纸..................................................................................................................6 三.风险与对策...........................................................................................................................8

力行队模型设计竞赛说明书

一.设计说明

根据本次竞赛的主题及规则要求，本次竞赛设计格栅拱架的设计及建造，并通过加载试验检验其承载力和变形特性，从而确定支护结构的可行性，合理性和科学性。在满足设计要求的前提下，本着用最少材料承载最大重量的原则，采用比赛所使用的白卡纸，所在团队精心制作了拱架模型。

1.1 方案构思

本作品由上下两部分组成，考虑到圆柱的抗压与抗扭能力较强，类似于钢管。整体采用圆柱结构，圆柱与圆柱之间由“插孔”系统连接，分为两部分，上部分是四段直线圆弧拱形，再通过构建三角体系，形成完整的整体，具有很好的稳定性、很好的抗压能力。下部结构为立柱，通过与上部结构搭接形成整体。上部受力时通过横梁传递给立柱，由于立柱有足够的强度，所以整个模型就可以稳定受力。由于模型是放在加载箱里，这里可以不考虑上部结构横向变形，经检验，该作品结构设计合理，能较好的承受住外部荷载。

根据竞赛规则要求，本届大学生结构模型设计竞赛赛以格栅拱架结构为原型。我们本着大学生结构竞赛 “模型有限，创意无限” 的理念，从模型的用材性能、加载形式和制作方便程度等方面出发，设计出合理的结构。通过模拟拱架以及受力加载，了解此类结构的抗压性能，对现实格栅拱架的功能性具有现实的研究意义。

该模型制作完成后将承受竖向均布荷载，结构承受竖向静荷载容易实现。关键是如何保证模型在质轻的条件下能够承受住竖向力的作用。本队充分利用卡纸的材料性能，采用圆形柱作为基础受力结构。圆形柱具有等截面，等刚度的性质，在此基础上对广义圆截面进行改装以达到增强结构的稳定性的效果。

该模型主要承受竖向均布荷载，上部沙子，钢板及砝码荷载。因水平方向有加载箱，则不考虑水平方向荷载，在承受竖向均布荷载时，要考虑压杆稳定性因素，也要考虑结构的强度和刚度，同时必须主要考虑结构的抗剪能力。

本结构主要构思利用8根竖向柱子承受上部荷载所给予的压力，上部拱形采用四段结构，依靠16根小短柱连接4根主梁，中间穿插8根斜杆主要受力，上部左二和右二依靠三根横梁承受结构内部水平力。

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1.2 模型制作材料及工具

230g巴西白卡纸，规格230g/m2，787mm∗1092mm，速干白乳胶，丁字尺，美工刀，剪刀，2B铅笔，毛刷，三角尺，制作图板，吹风机，模具，吹风机等。

二.设计方案

2.1结构选型

对于模型的结构选型，刚开始的时候没有突破传统思维，因上部结构用类似于管棚结构的样子，用纸折成三角形，然后粘一块，形成一个圆弧的结构（模型1）。

经试验研究分析，传统思维上的构造稳定性差，白卡纸纸只有一层，非常薄，与下部结构连接强度很差，很容易造成上部结构损坏，于是放弃模型一。

之后团队开始采用圆柱结构。先做一半的结构（模型2），用细圆柱的模具卷纸成圆柱后，经过实验之后，发现圆柱强度高，抗压能力很强。因所卷圆柱比较细，又比较厚，所以几乎类似于钢筋的形式。经过一番初始的加载试验，团队决定采用圆柱做最终模型。

但是两个半模型之间连接（模型3）出现了问题，手工作业下人工误差无法避免，两个半模型连接就不在一个平面上，所以就不容易连接。经过讨论后，我们决定直接做整个横梁。虽然有点难卷，但是还是克服下来了，不过它的自重增加了许多。

通过不断探索，我们改变了主体框架的形式。一番修补之后模型的整个框架由五根主力横梁和一些提高稳定性的辅助杆件构成（模型4），从外观看，有类似三个三角形搭接在一起，三角形具有稳定性。以力学实验数据和计划荷载为基础去设计柱子等构件的结构和大小，以求在满足荷载要求的情况下，尽量减少不必要的构件，从而减轻模型的自重，节省材料同时提高了稳定性。

各图是我们制作过程试验的模型，模型4是我们最终的方案。

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模型1 模型2

模型3

模型4

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2.2模型参数的获得及方法

正常情况下，纸梁的强度大多数由正应力控制，通过对实心纸筒和空心纸筒性能比较，发现空心纸筒的抗弯截面系数较大，综合性能较好。

通过实验室测试研究，在用纸量，纸筒内径，纸厚对纸筒性能的影响，结合模型的外观尺寸，最终定量设计以下构件（单位：毫米）：

立柱：长200，内径27，外径32 横梁: 梁长600，内径为22，外径为27

斜撑：长280，内径为8，外径为17

横撑：横撑长300，内径为8，外径为17，结构件位置示意截面图

2.3模型设计方法与步骤

模型搭建：先是在横梁上定位开孔距离和个数。然后把斜柱、斜撑、上横撑插进去，用乳胶粘好，然后再把下横撑搭接到横梁上，接上短撑。最后把立柱粘结好，固定结实。

2.4模型设计图纸

实物模型结构如下图

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实物图（结点）

实物图（连接）

利用sketchup软件画出的模型图：

模型仰视图

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模型侧视图

模型正视图

三.风险与对策

风险1：经过计策加载试验，我们发现本结构对支撑的立柱垂直性要求很高，因上部结构所加荷载全部由8根立柱承担，这就要求立柱必须时刻与接触面保持垂直。在实验中，一旦立柱在加载过程中出现向里偏斜，那么模型的加载效果就

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会大打折扣.对策1：在立柱底部相互之间加横向连接，且事先制作一整排立柱，待立柱稳定之后再安防到斜拱之下，这样避免因个别立柱失稳造成整体性失稳。

风险2：横梁开口时容易存在开口大小不一，开口位置不在一条直线上，可能导致模型连接时杆件角度出现偏差，进而出现模型失稳等不利因素。

对策3：经实验研究发现，可在横梁连接时标注确定位置，各个开口位置用铅笔描线，以确保开口在一条直线上，靠口大小尽量只小不大。