纸桥创新设计
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纸桥模型设计方案一、设计目标1.设计一个能够承载最大重量的纸桥模型;2.设计一个结构简单、稳定的纸桥模型;3.通过纸桥模型的设计过程,培养学生的动手能力和创造力。
二、设计思路1.选择合适的纸张材料:纸张材料应具备一定的韧性和强度,以承受一定的重量。
常见的纸张材料有纸板、拼图纸、牛皮纸等,可以根据需要灵活选择。
2.确定纸桥的形式:可以选择悬索桥、拱桥、梁桥等形式,根据设计目标和材料特性进行选择。
3.进行力学分析:通过力学原理,确定桥梁所受的力线和力的方向,以确定桥梁结构的合理性。
4.设计合理的桥梁结构:根据力学分析的结果,设计出结构简单、稳定的桥梁结构,避免出现过于复杂的结构。
5.进行模型制作:根据设计方案,利用选定的纸张材料进行模型制作,注意材料的粘接方式和制作的细节。
三、设计步骤1.确定纸桥的类型:根据设计目标和实际条件,选择适合的纸桥类型,比如悬索桥、拱桥、梁桥等。
2.力学分析:通过力学原理,分析桥梁所受的力线和力的方向,确定桥梁结构的可行性。
3.确定材料:选择合适的纸张材料,根据力学分析的结果,选择具有一定韧性和强度的纸张材料,以承受一定的重量。
4.制作模型:根据设计方案,利用选定的纸张材料,进行模型制作。
注意材料的粘接方式和结构的稳定性,可以使用胶水、纸胶带等进行粘接,确保每个连接点的牢固性。
5.测试与改进:完成模型制作后,进行重量测试,在不断改进的过程中提高纸桥的承重能力和稳定性。
四、注意事项1.材料的选择:纸张材料应具有一定的韧性和强度,以承受一定的重量。
可以选择多层纸张叠加或加固来增强承重能力。
2.结构的稳定性:设计时要考虑应力分布和桥梁结构的稳定性,避免过于复杂的结构,以免影响纸桥的强度。
3.粘接方式:合理选择适合的粘接方式,使用胶水、纸胶带等固定连接点,确保连接牢固性。
4.重量测试:制作完成后,进行重量测试,记录下纸桥能够承载的最大重量,并进行改进,提高承载能力。
5.细节处理:在制作过程中,注意处理每个细节,如加强连接点、调整桥面的平整度等,以确保纸桥的稳定性和均匀的力分布。
创意纸桥建造幼儿园教案第一章:认识纸桥教学目标:1. 让幼儿了解纸桥的基本概念和特点。
2. 培养幼儿对纸桥建造的兴趣。
教学内容:1. 纸桥的定义:用纸张等材料搭建的桥梁。
2. 纸桥的特点:轻便、易搭建、可回收。
教学活动:1. 教师向幼儿介绍纸桥的概念和特点。
2. 展示一些纸桥的图片,让幼儿观察并说出纸桥的特点。
3. 组织幼儿进行纸桥搭建的实践活动,让幼儿亲身体验纸桥的特性。
第二章:纸桥的搭建技巧教学目标:1. 让幼儿掌握纸桥搭建的基本技巧。
2. 培养幼儿动手能力和创造力。
教学内容:1. 纸桥搭建的基本技巧:折叠、粘贴、拼接。
2. 纸桥搭建的注意事项:稳固、美观、创新。
教学活动:1. 教师向幼儿讲解纸桥搭建的基本技巧和注意事项。
2. 分组进行纸桥搭建实践活动,让幼儿动手操作,体验搭建过程。
3. 教师巡回指导,纠正幼儿在搭建过程中出现的问题。
第三章:纸桥的承重实验教学目标:1. 让幼儿了解纸桥的承重原理。
2. 培养幼儿实验操作能力和观察力。
教学内容:1. 纸桥承重原理:纸桥的稳固性和承重能力。
2. 承重实验的操作步骤:搭建纸桥、放置重物、观察纸桥的变化。
教学活动:1. 教师向幼儿讲解纸桥承重原理和实验操作步骤。
2. 组织幼儿进行纸桥承重实验,让幼儿亲身体验纸桥的承重能力。
3. 教师引导学生观察和分析实验结果,让幼儿了解纸桥的稳固性和承重能力。
第四章:纸桥的创新设计教学目标:1. 让幼儿发挥想象力,设计独特的纸桥。
2. 培养幼儿创新意识和审美能力。
教学内容:1. 纸桥创新设计的要求:独特、美观、实用。
2. 创新设计的素材:颜色、形状、图案。
教学活动:1. 教师向幼儿讲解纸桥创新设计的要求和素材。
2. 组织幼儿进行纸桥创新设计实践活动,让幼儿动手操作,发挥想象力。
3. 教师巡回指导,鼓励幼儿创造独特的纸桥设计。
第五章:纸桥搭建比赛教学目标:1. 让幼儿运用所学知识和技巧,参与纸桥搭建比赛。
2. 培养幼儿团队合作精神和竞争意识。
纸桥设计计划书1. 背景介绍纸桥设计是一项常见的工程设计任务,它能够帮助工程师和学生提高结构设计能力和解决实际问题的能力。
纸桥设计是通过使用纸张等材料构建桥梁模型,以评估其在不同负载条件下的性能。
2. 目标本设计计划书的目标是设计一个稳定且能够承受最大负荷的纸桥。
我们希望通过这个设计任务能够提高团队成员的结构设计能力,并通过实际概念验证来验证工程设计的有效性。
3. 设计流程本设计计划书将按照以下流程进行设计:3.1. 研究背景知识在设计之前,团队成员将进行相关背景知识的学习和研究,包括不同桥梁结构的类型,纸张的强度和重量等。
这将有助于我们更好地设计纸桥并优化其结构。
3.2. 制定设计需求团队成员将根据实际情况制定设计需求,包括纸桥的最大跨度、承重要求等。
这些需求将成为我们设计的基础。
3.3. 进行概念设计基于设计需求,团队成员将进行概念设计。
这包括选择合适的桥梁结构类型,如梁桥、拱桥或悬索桥,并确定纸桥的形状和尺寸。
3.4. 详细设计在完成概念设计后,团队成员将进行详细设计,包括纸桥各个构件的尺寸、连接方式、支座设计等。
这一步骤将确保纸桥的结构稳定性和负载能力。
3.5. 材料选择和制造根据详细设计,团队成员将选择合适的纸张材料,并使用适当的工具制造纸桥模型。
制造过程中需要注意材料的切割、折叠和粘合等工艺。
3.6. 实验测试和优化完成纸桥的制造后,团队将进行实际的负载测试,并根据测试结果进行优化。
这将帮助我们确定纸桥的负载极限,并改进设计以提高性能。
4. 时间计划本设计计划的时间计划如下:•第1周:研究背景知识•第2周:制定设计需求•第3-4周:概念设计•第5-6周:详细设计•第7-8周:材料选择和制造•第9-10周:实验测试和优化5. 预期结果通过本设计计划,我们预期可以达到以下结果:•设计出一个稳定且能够承受最大负荷的纸桥模型。
•提高团队成员的结构设计能力和解决实际问题的能力。
•验证设计的有效性,并对结构进行改进。
《用纸造一座“桥”》作业设计方案第一课时一、作业目的:通过本次作业,学生将学习如何使用纸张构建一个简易的桥梁模型,了解桥梁的结构和设计原理,培养他们的动手能力、创造力和团队合作精神。
二、作业对象:本作业适合小学三年级至五年级的学生,也可以根据实际情况适当调整难度来适应不同年龄段的学生。
三、作业内容:1. 学生将分成小组,每组4-5人。
2. 给每组提供相同数量的纸张和胶水。
3. 每组的任务是使用纸张和胶水,设计并制作一座承重桥梁模型。
4. 桥梁模型需要能够承受一定重量。
5. 每组需要在规定时间内完成设计、制作和测试。
四、作业流程:1. 简要介绍桥梁的概念和功能,让学生了解桥梁的重要性和不同类型的桥梁。
2. 将学生分成小组,并给出作业要求和时间安排。
3. 学生开始设计他们的桥梁模型,可以先进行头脑风暴,然后制定详细的计划。
4. 学生开始制作桥梁模型,注意团队合作和沟通。
5. 完成桥梁模型后,每组进行测试,看能承受多大的重量。
6. 学生展示他们的桥梁模型,分享设计理念和制作过程。
五、作业评价:1. 桥梁模型的外观、稳定性、承重能力将作为评价标准。
2. 学生的团队合作、沟通和创造力也将被评价。
3. 教师可以给予实时反馈,并鼓励学生不断改进。
六、延伸活动:1. 鼓励学生设计更复杂的桥梁模型,挑战更大的承重。
2. 邀请专业工程师或设计师来学校分享关于桥梁设计的知识和经验。
3. 带领学生参观当地的桥梁,让他们亲身感受不同类型桥梁的特点。
通过本次作业设计,学生将在动手实践中学习桥梁设计原理,培养团队合作能力和创造力,为他们未来的学习打下坚实的基础。
愿每个学生都能通过这次活动,收获成长和乐趣!第二课时一、设计目的:本作业设计旨在通过学生自主设计并制作一座“桥”,培养学生的动手能力、创造力和团队合作能力,同时激发学生对工程设计和建筑结构的兴趣。
二、设计内容:1. 学生将以纸张为主要材料,设计并制作一座“桥”,要求考虑桥梁的承重能力、结构稳定性、美观性等因素。
突破自我题目条件限定本题要求我们用一张A4纸和少量胶水建造一个跨度为280mm的桥。
根据题意我们可以滴对本题的条件做如下的理解:(1)制作材料为A4纸查阅资料可知A4纸的基本参数见下表桥梁的跨度为28cm,桥梁两端的固定方式对实验有着很大的影响。
在两端用胶水粘在两端的固定物上、两端夹持或是简支的条件下得到的结果会有很大的不同。
由于各种截面形状的纸桥与两端固定端的接触面形状尺寸都有所不同,胶接或是夹持的方式不可取。
所以本题采用简支的方式。
(3)载荷方式:真实桥梁的载荷方式很复杂,但在我们的实验分析中,我们认为只要在一种载荷方式下表现最好的桥梁就是在所有载荷方式下表现最好的桥梁。
我们采用控制变量法进行实验,对我们设计的所有结构的桥梁只在纸桥的中点处正直放置15块人民币一元硬币,看各种纸桥在该载荷方式下的变形情况。
单个一元钱人民币硬币质量为:m=6.3g;15个硬币的质量为:94.5g (4)桥梁外形从实际情况看,桥梁具有一些基本的外形要求:竖直朝上的面要能通过行人或车辆。
所以我们要求所有纸桥竖直朝上的面的宽度至少等于一个一元钱硬币的直径。
圆形截面直径大于等于一元钱硬币的直径即可。
基本简化模型:本题中的纸桥跨度为28厘米,两端架在书本上,实验中将一定数量的硬币放置在纸桥的中点位置附近上以检验纸桥的强度,假设实验中桥梁保持了等截面,且硬币对桥梁的压力可以视为作用于桥梁中点集中载荷,则该实验模型可以简化为一个基本的二维模型。
如下图所示:该桥梁的剪力图,弯矩图如下:最大弯曲正应力的计算公式如下:max maxmax zM y I σ=其中,max M 是横梁上的最大弯矩,max y 是截面垂直方向上离中性轴最远的距离。
z I 为惯性矩,2z AI y dA =⎰简支梁中点受集中力作用的中点挠度计算公式如下:3max48zFa w EI =-在纸桥中点处,纸桥的横截面上有最大的正应力。
桥梁越坚固,在加载相同载荷的情况下形变量就最小。
2024幼儿园大班教案《纸的力量》2024幼儿园大班教案《纸的力量》1游戏目标:1、了解改变桥面厚度、形状与纸桥承重力的关系。
2、通过自我检验及与同伴之间的`相互比对,不断探索增加纸桥面承重力的方法。
3、积极动手动脑,体验探索与交流的乐趣。
游戏准备:积木桥墩(桥墩固定)、白纸、本子(每份数量相同,用于操作)。
记录纸、记录笔。
游戏玩法:1、幼儿将两个积木固定成桥墩。
2、用白纸折叠后放在桥墩上做小桥,上面放本子。
一直放到纸桥承受不起。
3、幼儿继续折叠,再次实验。
并将每次的实验结果记录在记录表上。
4、记录折叠的次数和承受的本子数。
让幼儿知道折叠次数越多,承受的能力越强。
2024幼儿园大班教案《纸的力量》2活动目标:1、在操作中简单了解物体受力与物体承受力之间的关系。
2、对生活中的有关现象感兴趣。
活动准备:幼儿人手一张长方形的.纸、每张桌子上有若干张纸。
活动过程:1、由大变小:——“你们每人手中的一张纸,能用什么办法使它变成两张?”(1)、幼儿尝试,交流自己变的方法:——“如果现在我们用手拉住纸的两端用力往外拉,纸会撕破吗?”(2)、幼儿反复感受两种不同方法的用力大小:——“为什么撕纸时,轻轻用力就能撕开,而拉纸时,用了很大的力也不一定撕开呢?”2、看实验理解科学道理:(1)、教师实验,帮助幼儿理解:——“猜猜哪张纸先破?”(2)、教师演示拉纸,让幼儿摸一摸纸被拉直的紧绷感。
3、教师设疑:——“生活中,你看到过什么东西也是依据这个道理做成的?”2024幼儿园大班教案《纸的力量》3【活动目标】1、激发幼儿探索纸的承重力的兴趣。
2、引导幼儿了解纸折叠后能增加纸的'承重力。
3、指导幼儿尝试用绘画的方法把实验过程记录下来。
【活动准备】纸条,垫板,积木,雪花片,记录表,笔,硬纸板若干【活动过程】1、教师实验,引出课题。
激发幼儿活动兴趣。
2、幼儿操作,感知纸的承重力。
(1)幼儿人手一份操作材料进行尝试。
(2)师生交流,发现纸折叠后会改变纸的承重力。
纸桥的设计方案1. 简介纸桥是一种常见的力学实验项目,通过利用纸张的轻便和强度来设计并搭建桥梁结构。
纸桥实验可以帮助我们理解桥梁工程原理和结构设计的重要性。
本文将介绍纸桥设计方案的准备工作、材料选择和搭建过程。
2. 准备工作在开始设计之前,需要准备以下工具和材料:•纸张:建议使用较厚的纸张,如卡纸或彩纸,以提高桥梁的强度和稳定性。
•剪刀:用于剪裁纸张和修剪边缘。
•尺子:测量桥梁的长度和宽度。
•铅笔:在纸张上做标记和绘制设计草图。
此外,还需要了解一些基本的桥梁结构原理和力学知识,以便能够设计出稳定和承重能力较高的纸桥。
3. 设计方案3.1 桥梁结构选择在设计纸桥之前,需要选择合适的桥梁结构。
常见的桥梁结构有梁桥、拱桥和悬索桥等。
对于纸桥的设计,梁桥是最简单和常见的选择。
梁桥是由多个横梁支撑的桥梁结构,纸桥可以采用梁桥的基本原理来设计。
在设计梁桥时,可以选择不同的梁桥类型,如简支梁桥、连续梁桥或悬臂梁桥等。
3.2 设计草图在正式开始纸桥的搭建之前,我们需要先绘制一个设计草图。
设计草图可以帮助我们明确纸桥的整体结构和尺寸,并辅助我们进行后续的工作。
设计草图应包括以下内容:•桥梁的整体形状和结构。
•桥面的宽度和长度。
•支撑横梁的位置和数量。
•横梁之间的间距和长度。
•横梁与桥面的连接方式。
3.3 搭建纸桥在完成设计草图之后,可以开始按照设计图纸搭建纸桥了。
以下是一个简单的搭建步骤:1.使用剪刀和尺子,根据设计图纸上的尺寸将纸张裁剪成所需的形状和大小。
2.将纸张叠放在一起,形成横梁的厚度。
可以使用胶水或胶带将纸张固定在一起。
3.根据设计图纸上的位置标记,在纸张上切割出与桥梁连通的间隙。
4.将横梁插入桥面上的间隙中,确保它们与桥面紧密连接。
5.检查桥梁的稳定性和坚固性,必要时进行调整和加固。
4. 实验和测试完成纸桥的搭建后,可以进行实验和测试。
可以通过将重物放置在桥面上,逐渐增加重量来测试纸桥的承重能力。
记录下纸桥在不同重量下是否发生变形或破裂,以评估其结构的稳定性和强度。
突破自我
题目条件限定
本题要求我们用一张A4纸和少量胶水建造一个跨度为280mm的桥。
根据题意我们可以滴对本题的条件做如下的理解:
(1)制作材料为A4纸
查阅资料可知A4纸的基本参数见下表
桥梁的跨度为28cm,桥梁两端的固定方式对实验有着很大的影响。
在两端用胶水粘在两端的固定物上、两端夹持或是简支的条件下得到的结果会有很大的不同。
由于各种截面形状的纸桥与两端固定端的接触面形状尺寸都有所不同,胶接或是夹持的方式不可取。
所以本题采用简支的方式。
(3)载荷方式:
真实桥梁的载荷方式很复杂,但在我们的实验分析中,我们认为只要在一种载荷方式下表现最好的桥梁就是在所有载荷方式下表现最好的桥梁。
我们采用控制变量法进行实验,对我们设计的所有结构的桥梁只在纸桥的中点处正直放置15块人民币一元硬币,看各种纸桥在该载荷方式下的变形情况。
单个一元钱人民币硬币质量为:m=6.3g;15个硬币的质量为:94.5g (4)桥梁外形
从实际情况看,桥梁具有一些基本的外形要求:竖直朝上的面要能通过行人或车辆。
所以我们要求所有纸桥竖直朝上的面的宽度至少等于一个一元钱硬币的直径。
圆形截面直径大于等于一元钱硬币的直径即可。
基本简化模型:
本题中的纸桥跨度为28厘米,两端架在书本上,实验中将一定数量的硬币放置在纸桥的中点位置附近上以检验纸桥的强度,假设实验中桥梁保持了等截面,且硬币对桥梁的压力可以视为作用于桥梁中点集中载荷,则该实验模型可以简化为一个基本的二维模型。
如下图所示:
该桥梁的剪力图,弯矩图如下:
最大弯曲正应力的计算公式如下:
max max
max z
M y I σ=
其中,max M 是横梁上的最大弯矩,max y 是截面垂直方向上离中性轴最远的距离。
z I 为惯性矩,2z A
I y dA =⎰
简支梁中点受集中力作用的中点挠度计算公式如下:
3
max
48z
Fa w EI =-
在纸桥中点处,纸桥的横截面上有最大的正应力。
桥梁越坚固,在加载相同载荷的情况下形变量就最小。
所以,在简化模型中,校核各种纸桥的承载能力的核心在于计算各种纸桥的抗弯强度z EI :
理论分析
(1) 弹性模量E 的影响:
由A4纸的基本参数可知,一层A4纸和两层粘合的 A4纸的弹性模量(分别为28.9Mpa 、74.2Mpa )是不一样的。
当然E 越大,桥梁中点的挠度也就越小。
但是粘
合两层A4纸又会减少纸的实际可用的面积,可能会使z I 减小,起到增大挠度的效果。
所以,在一些关键部位是可以用粘合两张A4纸来提高桥梁的强度,但是还应当充分考虑这样做对z I 的影响。
(2) 惯性矩z I 的影响
毫无疑问,各种截面形状有不同的z I ,从而使各种截面桥梁的强度不同。
下面通过理论计算对三种基本截面(圆形、正方形、三角型)进行比较。
A4纸的宽度为210mm 。
所以要是只叠一层,圆形截面的半径为33.4mm 、正方形边长为52.5mm 、等边三角形的边长为70mm ,纸张厚度均记为e 。
根据2z A
I y dA =
⎰对三角形和正方形进行计算。
根据23111
222z p A A
I I r dA r ed θ=
==⎰⎰对圆形截面的惯性矩进行计算。
结果如下: -4-5-5=1.17010e =9.64710e =8.57510e
z z z I I I ⨯⨯⨯圆正方形等边三角形
由此可知若是在相同纸张层数下,圆形截面的强度最高。
(3) 最大抗拉压应力的影响
资料显示,A4纸抗拉压强度不同,能承受的最大拉应力(22.2N/mm^2)是最大压应力的3倍(7N/mm^2)。
对于圆形和矩形截面,中性轴刚好就是截面的对称轴,所以截面受到的最大拉压应力是一样的。
截面上的拉压应力分布图如下图所示:(对本题的纸桥而言,中心轴以上为压应力,中心轴以下为拉应力)
而对于等边三角形截面,其截面应力分布如下图:
所以,上下对称的截面承受的最大应力应当小于其最大压应力7N/mm^2,倒置的等边三角截面可以承受的最大应力为最大压应力的两倍14N/mm^2
,设计纸桥时应当
充分利用A4纸抗拉压强度不同这一重要特性,设计出上下不对称的截面,等腰三角形就是一个很好的选择。
(4)平面结构稳定性的影响:
这个纸桥使用纸张折成的,所以横截面都不是整个一张纸,而是具有薄壁特性。
这就要求我们充分考虑到平面结构的稳定性。
第一、闭口截面比开口截面稳定,所以避免使用开口截面。
第二、平行四边形有不稳定性,三角形有稳定性,所以矩形在顶部受力时极易变形,而三角形不会。
I,但是三角形截面最能充分利用A4综上所述,理论分析的结果是,圆形截面具有最大的
z
纸抗拉压能力不同的特性,并且具有最好的平面稳定性。
但是要想使三角形倒放成为桥梁必须将纸叠成多个三角形组成的手风琴形状。
根据理论分析,我们设计了粘合多层的圆形截面和具有三角形截面优点的手风琴截面的纸桥。
并对它们进行实验对比。
实验分析
我们制作了粘合双层的圆形截面和具有多个三角形截面的手风琴截面的纸桥。
简支后,在其中点位置放置15枚一元钱硬币,测量其中点位置的挠度。
实验结果如下。
(1)粘合双层的圆形截面纸桥
(2)具有多个三角形截面的手风琴截面纸桥
对比可知,手风琴截面强度更大,结构稳定性更好。
计算仿真
对上述两种结构进行计算仿真。
根据A4纸的基本参数和我们所制作纸桥的外形尺寸,我们在solidworks上进行了计算仿真;仿真结果如下:
名称类型最小最大
手风琴截面-纸桥URES:合位移0 mm
节: 3 1.88528 mm 节: 7071
手风琴截面-算例1-位移-位移1
名称类型最小最大
位移1 URES:合位移0 mm
节: 1 3.68926 mm 节: 6447
圆筒形纸桥-算例2-位移-位移1
经过仿真计算,我们得到了与实验相吻合的结果,就是手风琴型的纸桥比粘合两层的纸桥强度更高。
结论
我们最终设计的“突破自我”最佳纸桥为手风琴型纸桥。
在简支时,在中点处加载15枚一块钱硬币时,这款纸桥的最大挠度最小,大约为1 mm。
这款手风琴型纸桥拥有五个小三角形排成截面,充分利用了A4纸的抗拉不抗压的特点,最大限度提高了该纸桥所承受的最大应力,并且利用了三角形的稳定性,确保了截面的稳定性。