設計說明書
1、 方案構思及結構選型3
2、 材料效能4
3、 結構設計5
4、 製作工藝6
5、 特色處理7
設計計算書
1、 計算方法8
2、 結構建模8
3、 內力計算結果8
4、 有限元引數影響分析9
設計說明書
1 方案構思及結構選型
仔細閱讀完競賽細則，我們從模型設計的要求、模型製作材料的效能、載入形式和製作方便程度等方面出發，進行構思設計。
確定設計荷載至少為5kn、考慮到壓桿長細比限制、拉桿的抗撕裂能力、紙的受拉效能、製作模具等因素，我們選定了格構形式，格構式構件是由眾多桿件組成的梁杆系統，許多文獻中對其穩定性分析是通過將格構式構件等效為實腹結構進行計算的，其等效方法是用等效實腹構件的長度代替格構式構件的實際長度。就底座而言，如果能夠使格構形式主要受軸力，那麼不僅能在結構的穩定性上有足夠的保證，對紙製圓柱受壓效能的利用也能達到乙個較好的效果。
在此基礎上，我們聯想到了工地上常見的塔吊，從這種機械的廣泛應用本身就已很好的說明，對於如細則所述的懸臂，塔吊式結構的受力機理是很合理的。如果能在此基礎上作改進，相信能有乙個較理想的結構形式。
但考慮到塔吊的實際工程運用與這次所要求的懸臂，我們考慮了方形柱與變截面柱兩種不同的底柱形式如圖：
通過實驗的比較，因工藝上存在的缺陷，我們沒辦法使變截面柱做到各柱基本都是受到軸力，在相同用料的基礎上其長細比上比方形柱會差好多。最終我們選定了方形柱。
對上方的懸臂梁，我們參照塔吊進行設計，盡量充分利用卡紙的力學效能。通過實驗我們發現當前臂與總長的比接近**分割比，頂柱與後臂接近等長的時候整個結構的受力機理較為合理。
2 材料效能
白卡紙作為模型材料，其力學效能特點是受拉效能良好，抗撕裂能力差，抗壓穩定性差。將紙折成圓筒並用乳膠粘結後，可承受一定的壓力，但受長細比的限制，多為壓桿失穩狀態的受力破壞，可承受一定彎矩。
乳膠的粘接效能：紙帶對接時強度約降低50％，紙帶側接時，強度較高，認為與原材強度相同。
表1. 215克白卡紙彈性模量
表2. 215克白卡紙極限應力
表3 空心杆的質量及軸心受壓極限承載力
分析結果：
（1）將紙條卷成內徑8mm，外徑18mm的圓筒，當長800mm時，可承受200n左右的壓力。
（2）將紙折成圓筒並用乳膠粘結後，可承受一定的壓力，但受長細比的限制，相同質量的紙杆，越短承載力越大，因此，模型中壓桿應盡可能短，而且盡量不受彎矩作用。
（3）用3.6cm寬紙條通過摺疊，可承受遠大於200n的拉力
3 結構設計
3.1 結構尺寸
在確定這個格構尺尺寸的設計時，我們考慮了結構的穩定性、耗材及自重，經過多次修改和ansys有限元分析軟體的粗略計算，我們最終將結構的尺寸定為：柱高60cm、寬10cm，梁長80cm、寬10cm、高9cm，頂柱至梁頂高23cm，紙帶總長約150cm。
3.2 主體構造
我們組結構的主體構造模仿了塔吊結構，通過在細部的優化使懸臂部的力基本依軸力的方式傳到立柱上，用紙帶使結構的受力更加合理，儘量減少上部梁的剪力，使該結構具有較強的縱橫向抗彎剛度和抗扭剛度，整體性好，穩定性高，自重小。在大結構不變的情況下，我們對結構細部進行一定的修改
3.3 桿件尺寸
桁架結構中，各種桿件的尺寸和用量如下表。
表4. 各構件用紙尺寸表
4 製作工藝
4.1 紙張
應這種結構的受力特點的需要，我們對不同部位所用的紙張用量及處理都會有些不同。比如腹杆，其受力雖小，卻不能沒有，量又大，我們就把該部位的紙張撕開，取其中較好的一部分圈成細桿，還因不同部位受力大小和方式的不同所用的層數也有區別。
4.2桿件
圓形桿件作為模型的基礎元件，其製作過程是乙個重要的步驟。我們先用鉛筆在白卡紙上畫出桿件的尺寸，然後用小刀和丁字尺認真切割下來。然後再不同的用紙上做上標記，不同的桿件用不同的杆芯製成。
我們用直徑為7mm的螺紋杆和9.5mm的不銹鋼管作為杆芯，在紙上層層塗膠，慢慢的搓出密實的圓形桿件，並套著杆芯進行晾乾，防止直杆變形。
4.3節點
紙帶與桿件的連線，是整個結構相對來說較弱的部位，紙帶的拉起會導致其在區域性受折比較厲害，卡紙在上膠後都會有抗折差的特點為了保證力能從紙帶上順利傳遞至頂柱最終傳至底部，也為了保持結構整體的穩定性，在連線點處必須要進行有效的加固。確保其能安全工作。
我們採用上下表面長短遞變各三層的方式加固，不僅穩回而且能相對減少些用料。
5 特色處理
在底柱的頂端與橫樑的交點處我們採用如左圖示連線，這種做法不僅可以粘結有效，還能使上部的力盡可能的以軸力的方式傳到立柱，使整體結構能夠盡可能的穩定。另外在此處的工藝方面，我們用小刀劃開了乙個v形小口，以保證斜桿能順利的壓下。在拼裝時，將白乳膠灌入v形口內，可以使切口較好的粘結，同時避免彎折區域內的桿件紙層剝離或者折壞，保證了桿件之間力的順利傳遞。
設計計算書
1、計算方法
計算分析採用ansys有限元計算軟體。建模時，梁柱單元型別選用空間彈塑性梁單元beam4。材料屬性全部採用線彈性本構關係，將構件的材料特性（彈性模量，泊松比）分別輸入。
2、結構建模
模型的梁柱構件均為圓形截面，其中縱樑尺寸為，根據尺寸計算並輸入構件的慣性矩等常數。
3、內力計算結果
我們在懸臂端施加20kn的靜載，並輸出結構各桿件的軸力圖和變形圖。
由有限元分析結果可知，在加以相同的荷載時，桿件主要受的是軸力，同時結合位移及內力圖，我們對結構模型的初步設計方案進行了反覆的優化，根據各桿件內力對其截面形式和用料進行了多次調整，以求盡量提高材料利用率和達到最優的荷重比。
結構設計大賽計算書
臨沂市第一屆 隊員 龐念坤 林鵬劉洋劉韋競臨沂大學建築學院 根據競賽規則要求，我們從模型製作的材料抗壓特性，衝擊荷載的載入形式和靜力載入大小要求等方面出發，結合節省材料，經濟美觀，承載力強等特點，採用比賽提供的木桿和木板，502膠水粘結劑，精心設計製作了 撼天箱柱 結構模型，空間箱型柱結構為該模型的...
結構設計大賽計算書
1 結構選型 表1 結構形式優缺點的比較 結構受力明確合理，可以從荷載的傳遞方式看出 小車荷載橋面板橫樑豎直柱 橫樑兩端 支座 2 結構模型簡化與荷載分析 1 結構模型簡化 2 荷載分析 橋受的荷載主要是 小車和砝碼的移動動荷載，此處由於對軟體操作不熟悉，將載荷設定為100n的均布載荷，材料選用的是...
結構設計大賽 計算書
作品名稱 直筒褲 參賽隊伍 俠女三人行 成員 組長 梁志雯 組員 張穎 陳子璇 目錄一 設計說明3 1 方案構思3 2 結構選型3 3 結構特色4 二 設計方案4 1 設計基本假定5 2 主要構件材料表6 三 結構設計計算6 1 靜力分析9 2 內力分析10 3 計算簡圖11 參考文獻12 一 設計...