2．塑料吸管搭建桁架桥梁模型试验

塑料吸管虽然不是工程材料，但其从几何外形和力学原理上可以模拟由杆件构成的桁架结构，并通过比较性实验来确定桁架原型设计的合理性。

（1）材料准备。需要准备直径6mm、长度19cm的塑料吸管一包，剪刀，大头针，卷尺，用于充当重物的物体（如装水的可乐瓶等），如图1.13所示。

（2）制作提示。下弦梁和上弦梁采用两管对接，把一个管用指甲掐凹插入到另一个管中3～4cm（图1.14a），两管并排连接时要保证大头针穿过两管的直径处并一定要垂直于吸管（图1.14b），当要用一个大头针穿过多个吸管时，可以采用硬质片材（如手边的钥匙）将大头针水平顶入，穿过全部并排吸管（图1.14c）。桥梁的直腹梁和斜腹梁可以采用不同长度的单吸管。

图1.13　吸管搭桥基本材料

图1.14　搭建桥梁

（3）活动提示。教师事先规定一个桥梁的跨距（可利用教室里两相邻的桌子作为跨距），并规定载荷重量，看哪个小组使用最少的管子和大头针搭建的桥梁扰度（下弦梁中点偏离平衡位置的距离）最小，如图1.15所示。观测桥梁破坏时的最大载荷，将数据填于表1.5中。最大载荷和耗材质量的比可以用来衡量桥梁的设计效果。

图1.15 对搭建完成的桥梁进行测试

表1.5观察数据

3．在Solid Edge软件中对桁架桥梁进行静力学分析

随着信息技术的发展，目前实际的桥梁设计中，工程师都需要使用三维CAD软件先进行数字化几何建模（图1.16），然后利用前述静力学计算方法对模型的受力进行自动化分析，并进行可视化力学仿真，从而可以使工程师直观地看出桥梁几何参数是否合理，能否满足桥梁安全性对结构强度的要求。

本节使用Solid Edge软件建立桁架桥的三维框架模型，并使用有限元分析功能进行静力学分析，步骤如下：

（1）建立桁架桥几何模型，选择材料，并定义材料物理属性，定义节点形式和载荷，并对模型节点添加约束形式（图1.17）。

图1.16 在三维CAD软件中对前述桥梁模型进行数字化几何建模

图1.17 定义节点和添加约束

（2）选择软件“仿真”命令中“网格”命令对模型进行网格化分析（图1.18）。

图1.18 网格化分析界面

（3）采用CAD软件的仿真计算命令，分别捕捉要查看的三个梁上节点，即可在表中看到结果。系统会自动计算，并用颜色色谱显示网格应力分布情况，自动生成每个杆件的轴向受力数据，用Excel表格保存并输出数据（图1.19）。

图1.19 自动计算节点受力情况

五、教学准备

本小节学习基于物理力学分析、材料力学、几何计算，有条件的学校可结合三维CAD、激光切割、数控机床综合应用，通过桁架桥梁设计与制作、袋鼠原型设计与制作、孔明锁设计与制作、F1赛车设计制作等项目，进行科学原理的综合应用和工程技术的实训，有效提升通用技术在人才培养中的作用和地位。

（1）本节教学应在专用教室进行。专用教室应具有足够的空间和设施，供学生开展技术设计、技术探究、技术交流和集中展示等活动。

（2）专用教室可以在《技术与设计1》教学装备配备的基础上，增加结构试验、流程试验、控制试验的材料、模型和检测设备。同时可适当配置一些结构、流程、系统、控制方面的功能实验模型、图书、挂图等资料，配置教师演示用的教具、模型，配置学生分组装配用的材料、半成品和套件。配置计算机和网络学习环境，以便学生查阅资料、计算数据和设计图样等。

（3）有条件的学校可配置用于测试设计作品性能的数字化测试仪器，配置相应的计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助试验（CAT）类软件。

——完——