第一篇：結構模型競賽所用材料力學性質報告

結構模型競賽所用材料力學性能報告

材料力學性能測試

為了充分的利用材料，考慮木材的限量提供，研究材料（木條的順逆紋）的受壓受拉性能，并確定是否能承受理論受力值，抗彎能力的限度以及彈性模量具體值，確實502膠水凝結強度的最佳時間。此次材料力學性能的測試項目有：木材抗拉強度、木材彈性模量、膠水強度及最佳時間。

木材抗拉強度

木材抗拉強度分為順紋抗拉和橫紋抗拉兩種，當拉力方向與木材纖維方向平行時為順紋受拉。木材單纖維的抗拉強度很高。理論上順紋抗拉強度是木材所有強度中最高的，但在實際使用中，木材的各種缺陷（木節、裂縫、斜紋、蟲蛀等）對順紋抗拉強度的影響很大，所以在選用材料時應注意相關事項。當拉力方向與木材纖維方向垂直時為橫紋受拉，橫紋受拉破壞是將木材纖維橫向撕裂，由于木材纖維之間的橫向連接比較薄弱，所以木材的橫紋抗拉強度很低。

通過單根木條順紋的拉伸試驗，可知：木材抗拉強度良好，伸長率小，適合作為受拉桿件。

木材抗壓強度

木材抗壓強度分為順紋抗壓和橫紋抗壓。當壓力方向與木材纖維方向平行時為順紋受壓，順紋受壓破壞是由于木材細胞壁失穩造成的，而非纖維的斷裂。木材的順紋抗壓強度較高，且疵病對其影響較小，工程中用作竹子、斜撐等的木材均為順紋受壓構件。當壓力方向與木材纖維方向垂直時為橫紋受壓，橫紋受壓破壞是由于木材細長的管狀細胞被壓扁，產生大量變形造成的。木材的橫紋抗壓強度很低。

試件規格：長×寬×厚=30mm×12mm×4mm

其變形曲線類似于混凝土的應力-應變曲線，此木材順紋抗壓強度較好，變形在一定范圍內較小，適合作為受壓桿件。在觀察破壞形式時發現，最終破壞是在膠水的粘結面破壞。

膠水強度

用同聲502膠水將兩段三層木條對接，但不涂膠，而是用長1cm的標準厚度（4mm）的小木條順紋加箍，做三批試樣分別凝結了4h、8h和12h，用拉伸試驗機對其分別進行拉伸試驗。

通過對用膠水對接的桿件進行拉伸，可知：502膠水強度較高，凝結時間為4h的試件在接觸面被劃開破壞，而8h和12h試件都為接觸面處木條表層脫落破壞，因此可確定此膠水強度很高并且在一定力值范圍內變形小，足以用于粘結材料。

注：其中每根木條的質量約為86.6g

土木工程科技協會

2011.11

第二篇：黏土礦物結構特征及物理力學性質

【黏土礦物結構特征及物理力學性質】

黏土礦物實際上是由一種鋁-硅酸鹽晶體，是由兩種晶片交互成層疊置構成的兩種基本構成單元：硅氧四面體（片）鋁氫氧八面體（片）

蒙脫石————范德華鍵力沒有氫鍵、較大的吸水膨脹逝水收縮

伊利石————結構穩定性優于蒙脫石

高嶺石————主要是氫鍵，親水性、膨脹性和收縮性均小于伊利石

特性{顆粒大小吸水性、膨脹性壓縮性、強度}

【分層總和法】

按分層總和法計算基礎最終沉降啦量，應在地基壓縮層的范圍內劃分為若干分層。計算分層的壓縮量然后求其總和

1、將地基分層

2、計算個分層的自重應力

3、計算基底藥力P和分層面的附加應力 P=F+G/APo=p-γm.*d4、確定壓縮層深度

5、計算平均自重應力和平均應力

6、e-p 曲線

7、各分層沉降量

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

【Pc的確定方法】

① 從e-IgP曲線上找出曲率半徑最小的一點A，過A點做水平線A1和切線A2 ② 左∠A1AA2的角平分線AA3，與e-Ig曲線中直線的延長線相交于B點

B點所對應的有效應力就是前期固結壓力PcS=（e1-e2／1+e1）*H=Δp/Es *H=α/1+e1*Δp*H

【角點法】

矩形荷載面上受均布荷載或三角形分布荷載時，在一個角點下任一深度點利用布辛奈斯克豎向應力解表來計算地基中任一點豎向附加應力的方法

【土力學】

是研究土體的一門力學，它研究的是土體的應力，變形、強度、滲流及長期穩定性的一門學科。廣義的土力學又包括土的生成、組成，物理化學性質及分類在內的土質學

第三篇：大學生結構模型創新競賽改

2014年江蘇省大學生結構模型創新競賽·熱身賽

——常州工學院土建學院大學生建筑結構模型方案設計競賽

一、作品要求

1、作品形式：

所設計方案的模型結構形式、結構所用材料不限。

每件結構模型的尺度限定為：最大單向尺寸不得大于800毫米（800*800*800）。具體細節：

最好有模型底盤，如有必要應制作建筑地形環境。

建筑結構模型應該簡潔大方，既能直觀表達結構體系，又能形象展示建筑造型。

2、分組要求

限定每組2人，自由組隊（如進入競賽下一輪，必須變成3人組且必須跨專業搭配）。

二、競賽形式

1、成果要求：

本次競賽以作品展示為主，通過PPT和文本來進行匯報介紹。

PPT：包括（設計說明、結構選型、方案平立剖、模型制作工藝、效果圖或動畫）； 文本：A3，包括（基礎研究、案例分析、設計構思、方案設計和PPT要求內容）。

將選擇優秀作品進行模型制作，并參加下一輪的模型作品競賽。

再擇優參加“2014年江蘇省大學生土木工程結構創新競賽”作品展示和評比。

2、時間安排：

競賽時間安排在本學期15、16周，具體時間另行通知。

三、設計原則

競賽主題為建筑結構模型創新，應反映必要的建筑結構概念。

設計方案以展示學生的力學概念、結構概念、創新思維為主。

鼓勵生態低碳、節能減排、循環經濟、靈活適變的創新思路。

競賽動員

1、本次競賽與11建班《建筑結構選型》課程考核掛鉤，作為總評成績之一；

2、競賽優勝者同時會有競賽獎勵，且有下一輪競賽選拔的優先權；

3、擇優進入模型制作環節的小組可以申請立項選修創新學分。

參賽范圍：建筑，二～四年級；土木，二～三年級。

希望同學們認真準備、積極參賽。

2014年04月30日

第四篇：力學競賽試題

第七屆全國周培源大學生力學競賽試題

出題學校：西北工業大學

滿分：120分 時間：3 小時

一、小球在高腳玻璃杯中的運動(20 分)

一半球形高腳玻璃杯，半徑 r =5cm，其質量 m1=0.3 kg，杯底座半徑 R =5 cm，厚度不計，杯腳高度 h =10 cm。如果有一個質量 1.0 2 = m kg 的光滑小球自杯子的邊緣由靜止釋放后沿杯的內側滑下，小球的半徑忽略不計。已知杯子底座與水平面之間的靜摩擦因數 fs = 0.5。試分析小球在運動過程中：（1）高腳玻璃杯會不會滑動；（2）高腳玻璃杯會不會側傾（即一側翹起）。

二、雜耍圓環(40 分)

1.雜技演員將一個剛性圓環沿水平地面滾出，起始圓環一跳一跳地向前滾動，隨后不離開地面向前滾動，為什么？

2.雜技演員拿出一個勻質圓環，沿粗糙的水平地面向前拋出，不久圓環又自動返回到演員跟前。設圓環與地面接觸瞬時圓環中心 O 點的速度大小為 v0，圓環的角速度為 ω0，圓環半徑為 r，質量為 m，圓環與地面間的靜摩擦因數為 s f，不計滾動摩阻，試問：

（1）圓環能自己滾回來的條件是什么？

（2）圓環開始向回滾動直到無滑動地滾動，在此運動過程中，圓環所走過的距離是多少？

（3）當圓環在水平地面上無滑動地滾動時，其中心的速度大小為 v1，圓環平面保持在鉛垂平面內。試分析圓環碰到高為 的無彈性臺階后，能不脫離接觸地爬上該臺階所應滿足的條件。

3.演員又用細鐵棍推動題 2中勻質圓環在水平地面上勻速純滾動，假設圓環保持在鉛垂平面內滾動，如圖所示。又知鐵棍與圓環之間的靜摩擦因數為 ft，圓環與地面間的滾動摩阻系數為 δ。試求為使鐵棍的推力（鐵棍對圓環的作用力）最小，圓環上與鐵棍的接觸點的位置。

三、趣味單杠(30 分)

單杠運動是奧運會、世界體操錦標賽、世界杯體操比賽中男子體操比賽項目之一。單杠是體操比賽中最具觀賞性的項目，也是觀眾最喜歡的運動，在學校和健身場所擁有眾多的愛好者，小李和小張就是其中之一。一天，他們準備在單杠上進行大回環比賽。假設單杠的橫桿和立柱均為直徑 D=28mm的鋼桿，彈性模量E=200GPa，許用應力[σ]=160MPa，橫桿長 L=2.4m，立柱高 H=2.6m。立柱與地面、橫桿與立柱之間均為固定聯結。假設兩人旋轉到單杠所在平面內時的慣性載荷均為 F=1000N，不計人的自重。

1.試分析兩人同步旋轉到單杠所在平面內時，結構中的最大應力。

2.若兩人相差 180°旋轉到單杠所在平面內，對結構中的最大應力有什么影響。

3.為提高結構承載能力，有人提出在單杠距地面 0.6m 處增加一個直徑 20mm的拉桿。試定性分析該桿對上述兩種情況的影響。

四、跳板跳水(30 分)

舉世矚目的第 29 屆北京奧林匹克運動會上，具有“夢之隊”之稱的中國跳水隊獲得了跳水比賽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 跳水板是奧林匹克跳水比賽和國際級跳水比賽唯一指定使用的產品，它的具體尺寸如圖所示，其中橫截面尺寸為 b=0.5m，h= 0.05m，跳板的彈性模量E=70GPa，比重γ= 25kN/m3，a=3.2m，l=m 1.6。運動員從跳板上上躍至距地面最高點后落至跳板端點C，再從跳板上

彈起至空中完成動作后落水。若運動員體重 G=700N，最大彈跳高度H= 0.6m，取 g =9.8m/s2。

1.根據所學知識，建立相應的力學分析模型。

2.為保證運動員落水安全，運動員從空中落入水中時，在跳板所在平面處，運動員質心距跳板 C端最小距離s應大于 0.5m。試求運動員從跳板上躍時所需最小水平速度（假設水平方向為勻速運動）？

3.不計跳板質量，將運動員視為剛體時，運動員沖擊跳板時，跳板中的最大動應力為多少？

4.如運動員為彈性體，定性說明在沖擊時跳板中的最大動應力增大還是減小？

5.如考慮跳板質量，試計算跳板中的最大動應力。

第七屆全國周培源大學生力學競賽試題參考答案

一、小球在高腳玻璃杯中的運動(20 分)

當小球自杯子的邊緣由靜止釋放后沿杯子的內側滑下到與鉛垂方向夾角 時，高腳玻璃杯側傾（一側翹起）。

二、雜耍圓環(40 分)

1.圓環不是勻質的，質心不在圓環的中心。開始滾動角速度大，圓環一跳一跳地向前滾動；隨后角速度減小，所以圓環不離開地面向前滾動。

2.（1）圓環自己滾回的條件為： 方向如圖所示。

（2）距離：

（3）圓環能不脫離接觸地爬上臺階所應滿足的條件為 ：

3．當接觸點 A與圓環中心 C 的連線與鉛垂線間的夾角 時，推力 F 取最小值。

三、趣味單杠(30 分)

（1）結構中的最大應力

（2）結構中的最大應力

（3）在結構中增加拉桿后，（2）中為反對稱結構，在對稱面上只有反對稱內力，故 AB 桿軸力為零，無影響；（1）中為對稱結構，在對稱面上只有對稱內力，故 AB桿軸力不為零，有影響。

四、跳板跳水(30 分)

（1）根據跳板的受力情況，可以將其簡化為下圖所示外伸梁。

（2）最小水平速度為

（3）跳板的最大動應力為

（4）如運動員為彈性體，沖擊時跳板中的最大動應力將減小。

（5）跳板的最大動應力為

第五篇：模型設計競賽

力行隊模型設計競賽說明書

格柵拱架模型設計競賽說明書

設計題目：格柵拱架模型設計

力行隊模型設計競賽說明書

目錄

一.設計說明...............................................................................................................................3 1.1 方案構思.........................................................................................................................3 1.2 模型制作材料及工具.....................................................................................................4 二.設計方案...............................................................................................................................4 2.1結構選型..........................................................................................................................4 2.2模型參數的獲得及方法..................................................................................................6 2.3模型設計方法與步驟......................................................................................................6 2.4模型設計圖紙..................................................................................................................6 三.風險與對策...........................................................................................................................8

力行隊模型設計競賽說明書

一.設計說明

根據本次競賽的主題及規則要求，本次競賽設計格柵拱架的設計及建造，并通過加載試驗檢驗其承載力和變形特性，從而確定支護結構的可行性，合理性和科學性。在滿足設計要求的前提下，本著用最少材料承載最大重量的原則，采用比賽所使用的白卡紙，所在團隊精心制作了拱架模型。

1.1 方案構思

本作品由上下兩部分組成，考慮到圓柱的抗壓與抗扭能力較強，類似于鋼管。整體采用圓柱結構，圓柱與圓柱之間由“插孔”系統連接，分為兩部分，上部分是四段直線圓弧拱形，再通過構建三角體系，形成完整的整體，具有很好的穩定性、很好的抗壓能力。下部結構為立柱，通過與上部結構搭接形成整體。上部受力時通過橫梁傳遞給立柱，由于立柱有足夠的強度，所以整個模型就可以穩定受力。由于模型是放在加載箱里，這里可以不考慮上部結構橫向變形，經檢驗，該作品結構設計合理，能較好的承受住外部荷載。

根據競賽規則要求，本屆大學生結構模型設計競賽賽以格柵拱架結構為原型。我們本著大學生結構競賽 “模型有限，創意無限” 的理念，從模型的用材性能、加載形式和制作方便程度等方面出發，設計出合理的結構。通過模擬拱架以及受力加載，了解此類結構的抗壓性能，對現實格柵拱架的功能性具有現實的研究意義。

該模型制作完成后將承受豎向均布荷載，結構承受豎向靜荷載容易實現。關鍵是如何保證模型在質輕的條件下能夠承受住豎向力的作用。本隊充分利用卡紙的材料性能，采用圓形柱作為基礎受力結構。圓形柱具有等截面，等剛度的性質，在此基礎上對廣義圓截面進行改裝以達到增強結構的穩定性的效果。

該模型主要承受豎向均布荷載，上部沙子，鋼板及砝碼荷載。因水平方向有加載箱，則不考慮水平方向荷載，在承受豎向均布荷載時，要考慮壓桿穩定性因素，也要考慮結構的強度和剛度，同時必須主要考慮結構的抗剪能力。

本結構主要構思利用8根豎向柱子承受上部荷載所給予的壓力，上部拱形采用四段結構，依靠16根小短柱連接4根主梁，中間穿插8根斜桿主要受力，上部左二和右二依靠三根橫梁承受結構內部水平力。

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1.2 模型制作材料及工具

230g巴西白卡紙，規格230g/m2，787mm?1092mm，速干白乳膠，丁字尺，美工刀，剪刀，2B鉛筆，毛刷，三角尺，制作圖板，吹風機，模具，吹風機等。

二.設計方案

2.1結構選型

對于模型的結構選型，剛開始的時候沒有突破傳統思維，因上部結構用類似于管棚結構的樣子，用紙折成三角形，然后粘一塊，形成一個圓弧的結構（模型1）。

經試驗研究分析，傳統思維上的構造穩定性差，白卡紙紙只有一層，非常薄，與下部結構連接強度很差，很容易造成上部結構損壞，于是放棄模型一。

之后團隊開始采用圓柱結構。先做一半的結構（模型2），用細圓柱的模具卷紙成圓柱后，經過實驗之后，發現圓柱強度高，抗壓能力很強。因所卷圓柱比較細，又比較厚，所以幾乎類似于鋼筋的形式。經過一番初始的加載試驗，團隊決定采用圓柱做最終模型。

但是兩個半模型之間連接（模型3）出現了問題，手工作業下人工誤差無法避免，兩個半模型連接就不在一個平面上，所以就不容易連接。經過討論后，我們決定直接做整個橫梁。雖然有點難卷，但是還是克服下來了，不過它的自重增加了許多。

通過不斷探索，我們改變了主體框架的形式。一番修補之后模型的整個框架由五根主力橫梁和一些提高穩定性的輔助桿件構成（模型4），從外觀看，有類似三個三角形搭接在一起，三角形具有穩定性。以力學實驗數據和計劃荷載為基礎去設計柱子等構件的結構和大小，以求在滿足荷載要求的情況下，盡量減少不必要的構件，從而減輕模型的自重，節省材料同時提高了穩定性。

各圖是我們制作過程試驗的模型，模型4是我們最終的方案。

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模型1 模型2

模型3

模型4

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2.2模型參數的獲得及方法

正常情況下，紙梁的強度大多數由正應力控制，通過對實心紙筒和空心紙筒性能比較，發現空心紙筒的抗彎截面系數較大，綜合性能較好。

通過實驗室測試研究，在用紙量，紙筒內徑，紙厚對紙筒性能的影響，結合模型的外觀尺寸，最終定量設計以下構件（單位：毫米）：

立柱：長200，內徑27，外徑32 橫梁: 梁長600，內徑為22，外徑為27

斜撐：長280，內徑為8，外徑為17

橫撐：橫撐長300，內徑為8，外徑為17，結構件位置示意截面圖

2.3模型設計方法與步驟

模型搭建：先是在橫梁上定位開孔距離和個數。然后把斜柱、斜撐、上橫撐插進去，用乳膠粘好，然后再把下橫撐搭接到橫梁上，接上短撐。最后把立柱粘結好，固定結實。

2.4模型設計圖紙

實物模型結構如下圖

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實物圖（結點）

實物圖（連接）

利用sketchup軟件畫出的模型圖：

模型仰視圖

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模型側視圖

模型正視圖

三.風險與對策

風險1：經過計策加載試驗，我們發現本結構對支撐的立柱垂直性要求很高，因上部結構所加荷載全部由8根立柱承擔，這就要求立柱必須時刻與接觸面保持垂直。在實驗中，一旦立柱在加載過程中出現向里偏斜，那么模型的加載效果就

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會大打折扣.對策1：在立柱底部相互之間加橫向連接，且事先制作一整排立柱，待立柱穩定之后再安防到斜拱之下，這樣避免因個別立柱失穩造成整體性失穩。

風險2：橫梁開口時容易存在開口大小不一，開口位置不在一條直線上，可能導致模型連接時桿件角度出現偏差，進而出現模型失穩等不利因素。

對策3：經實驗研究發現，可在橫梁連接時標注確定位置，各個開口位置用鉛筆描線，以確保開口在一條直線上，靠口大小盡量只小不大。