适宜对象:初中、高中
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各位同学大家好,上海的建筑标志着上海的繁荣,我们生活在上海感到骄傲!但是同学们有没有想过?摩天大楼以及各类大桥等建筑,建造过程中将面临多大的难题吗?所有的建筑物需要稳定安全,在建造前,对于结构的设计至关重要。今天我们一起来学习一下桐木结构的基础知识与基本制作技法。
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认识桐木结构|
桐木结构的制作通常被誉为结构设计师的大赛。选手们需要用自己的力学知识、制作工艺,完成一个个美丽的结构,从而挑战题目规定的测试。此类结构设计可以锻炼大家的理论知识、动手能力、创意能力、团队合作等多方面噢!深受大家的喜爱。许多高校也纷纷开设桐木结构类设计大赛,让中学生们体验到设计的乐趣。
桥梁类桐木结构设计
承重类桐木结构设计
结构中常见的力
轴力(N):沿着杆子长度(轴线)方向作用的力,根据符号分为拉力和压力。假设把杆子沿轴线垂直剖切,容易知道轴力是垂直于横截面的力。
剪力(V):同样对于上面剖切开的杆子,如果力的方向与横截面平行,那么这个力的作用称为剪力。一个形象的例子是,我们使用的剪刀对物体产生的作用一般都是剪力。
弯矩(M):弯矩是力矩的一种,是力与力臂的乘积。杆子上的弯矩可用下面的图示进行理解:杆子的右端作用了一个竖直向上的剪力V。根据力矩的概念,对于距离杆子右端点为x截面处的弯矩大小为xV。
扭矩(T):同样用上面的杆子来理解扭矩,这时将视角转移到杆子的横截面。如果V的作用点不在横截面的中心位置,这时的xV将对杆子产生一个扭转的作用。
其中弯矩最容易破坏结构,所以我们结构设计当中很重要的一点思路就是将弯矩转化为拉力或者压力。
美工刀
桐木结构中最基本的切割工具。常用于切割桐木,根据不同情况挑选刀口倾斜角度。
502胶水
不同品牌的502胶水有其各自的特性。有的较为稀薄,胶水会直接渗透进木头里面,有的稍稠一些,用后胶水顺从结构自流下来。根据不同的结构制作选用不同的胶水。
砂纸
为了使切割下来的结构元件更为平直,我们通常使用砂纸对结构件进行打磨。桐木打磨常用的为200目左右。
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桐木结构制作基本技法
注意:在桐木制作过程中牵涉到美工刀、502胶水等工具,务必注意安全。请在指导老师或家长的陪同下进行学习、制作。
要做好桐木结构,良好的基本制作技能必不可少。第一节课我们就来一起学习下基本的制作技法。
桐木片的切割
左手按住尺,右手划。切割时一般站立,使身体的重量压在左手上,以便按得更牢。需要注意的是左手大拇指要小心,不要伸出尺的边缘,以免被划到。
将木条放在靠近切割垫边缘的位置。在需要切割的地方往下切。切记不可太用力。切的时候可以切割点为圆心,右手稍微上下移动。可以使刀背略微朝尺内侧倾斜(5°左右),使得刀刃不容易偏移出去。
当需要对木片进行横向截断时,可以将截断除放在桌子边缘,采用下压的刀法。
切割构件打磨
将砂纸置于坚硬平面上,左手(左撇子均相反)中指和大拇指捏住木条两面,食指向下压住木条侧面。右手拿住木条右端朝右拉。要注意的是左手应把木条按在砂纸右边边缘附近,这是为了防止右手捏住木条的部分被过度打磨。
构件粘贴
1.清除粘结面上颗粒、灰尘等杂物
2.挤出少量的502胶于接合面,将另一面压上,约25~35秒钟内即可粘牢。具体方法是左手拿着木片,将胶水涂在宽1mm的粘贴面上,然后一端先确定好位置,粘下去,再将其余部分粘下去。
3.如不慎滴在手上,可使用风油精或丙酮等有机溶剂清除。
练一练
运用上面的工具与制作技法,我们尝试制作一个边长为3cm的木制骰子,来检验和锻炼一下自己的学习成果吧!(做前思考:边长3cm的正方体,6个面切割尺寸都是一样的吗?)
从实践可知,因为木材有厚度,所以其中2个面的宽边需要减去木材厚度的两倍噢。
拓展延伸
桐木片具有重量轻、易加工等特点,是我们多数结构竞赛指定的木材,在模型制作之前,挑选出良好的桐木片对于最终的结构至关重要。
在挑选时应选择纤维紧密、平直,颜色白的木材。这样的木材顺着木纹的强度约为20MPa,劲度系数约为2800MPa。木材横纹方向的强度远小于纵纹方向的强度。如果木材厚度相同且比较长,也可以将多条木材放在桌子边缘,桌上这一端大约一分米长即可,排齐并压紧贴住桌面,看悬空的一端的高低。悬空一端越高越好。
推荐阅读
《结构力学》 高等教育出版社 朱慈勉
下期预告
今天和大家一起学习了桐木结构的基本知识与制作技法。下一节课,我们将尝试制作桐木结构中最基础的构件:方管。并且测试一下方管的抗载荷能力,敬请期待噢!
动脑筋,想一想
● 有同学在切割木材过程中,把美工刀伸出长一点,这样可以一刀切断桐木片,这种说法正确吗?
上期答案
问题是:人们观察一系列怎样的图像时,看见的是动态的影像而非一幅幅相异的图像?
答案是:连续相似
课程设计/视频制作:吴骁奕
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审 核:王 晨