悬臂结构设计

7 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 纸质杆件的抗弯能力最弱，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 2 3 0 克白卡纸弹性模量 名称种类 层数 弹性模量(MPa) 230 克白卡纸 1 56.9 2 148.2 表 2 2 3 0 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 8 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。 9 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...