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1、产品设计 工程基础 贰 产品结构设计 周年国 编备 上海交大媒体与设计学院设计系 结: 构: 结实、强健、牢固; 用绳、线、皮条等绾成的疙瘩; 被联结的状态. 架木造屋. 构件. 结构 构成事物整体的各个部分及其配搭、 组合的方式. 从产品设计的角度,可以将结构解释为构成产品的 部件形式及部件间组合连接的方式。结构设计 则是为了实现某种功能或适应某种材料而确定 产品部件形式及部件间组合连接方式。具体而言 ，结构设计就是要根据产品的功能原理确定构件的材料， 形状、尺寸，加工工艺和装配方法等。产品结构设计是将 产品设计的创意和构想转变为具体、实用、可行的产品的 关键步骤。 ? : 0. 结: 构:
2、 结实、强健、牢固; 用绳、线、皮条等绾成的疙瘩; 被联结的状态. 架木造屋. 构件. 结构 构成事物整体的各个部分及其配搭、 组合的方式. 一般来说，产品的结构设计属于工程师的设计范 畴，但由于形态与结构的关系密切，设计师对 产品结构设计的特点必须有充分的了解，只 有这样在造型设计上才能有的放矢。 : 0. 力学结构: 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 ，即以怎样的结构形式来承受产品使用 过程中的外力而不破坏、不倾覆，而且 重量轻，简单、巧妙。 1. 1.1理论基础: 材料及结构力学.主要研究工程结构（能够承受和传递外载 的系统）受力和传力的规律，以及如何进行结构优化的学科 。研究对象为杆
3、、板、壳以及它们的组合体。如飞机机身和 机翼、桥梁、屋架和承力墙等。学习其基本原理有助于我们 设计出更科学的产品结构。 为使产品构件具有足够的强度，往往需要 通过计算以决定构件的尺寸、形态、结构 （如汽车结构设计）。但有些情况下也可 以通过类比及经验来确定（如家具结构设 计）。 力学结构: 1. 1.1理论基础: 1.1.1 内力与外力: 物体(系统)的受力可以分为外力(外部 物体施加)与内力(物体或系统内一部 分对另一部分施加的力) 。 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 ，即以怎样的结构形式来承受产品使用 过程中的外力而不破坏、不倾覆，而且 重量轻，简单、巧妙。 力学结构: 1. 1.1理
4、论基础: 1.1.2 载荷类型: 拉(压) 、剪、弯、扭; 静载、 动载、 循环载荷; 受拉(压)构件. 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 ，即以怎样的结构形式来承受产品使用 过程中的外力而不破坏、不倾覆，而且 重量轻，简单、巧妙。 力学结构: 1. 1.1理论基础: 1.1.2 载荷类型: 受扭构件 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 ，即以怎样的结构形式来承受产品使用 过程中的外力而不破坏、不倾覆，而且 重量轻，简单、巧妙。 拉(压) 、剪、弯、扭; 静载、 动载、 循环载荷; 力学结构: 1. 1.1理论基础: 1.1.2 载荷类型: 受弯构件 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 ，即
5、以怎样的结构形式来承受产品使用 过程中的外力而不破坏、不倾覆，而且 重量轻，简单、巧妙。 拉(压) 、剪、弯、扭; 静载、 动载、 循环载荷; 力学结构: 1. 1.1理论基础: 1.1.2 载荷类型: 剪切 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 ，即以怎样的结构形式来承受产品使用 过程中的外力而不破坏、不倾覆，而且 重量轻，简单、巧妙。 拉(压) 、剪、弯、扭; 静载、 动载、 循环载荷; 力学结构: 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 ，即以怎样的结构形式来承受产品使用 过程中的外力而不破坏、不倾覆，而且 重量轻，简单、巧妙。 1. 1.2设计原则: 1.2.1 等强度 所谓等强度原则是指使
6、构件的各部分的强度均等。按等强 度原理进行结构设计可以使材料得到充分利用，减轻重量 ，降低成本。 力学结构: 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 ，即以怎样的结构形式来承受产品使用 过程中的外力而不破坏、不倾覆，而且 重量轻，简单、巧妙。 1. 1.2设计原则: 1.2.2 合理配置力流 产品中力在各零部件间传递、分配，力的传递轨迹称为力 线，力线的汇集形成力流。通过力流的合理配置，可以使 产品结构设计更为合理、有效。 力学结构: 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 ，即以怎样的结构形式来承受产品使用 过程中的外力而不破坏、不倾覆，而且 重量轻，简单、巧妙。 1. 1.2设计原则: 1.2.2
7、 合理配置力流 桁架结构。 力学结构: 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 ，即以怎样的结构形式来承受产品使用 过程中的外力而不破坏、不倾覆，而且 重量轻，简单、巧妙。 1. 1.2设计原则: 1.2.2 合理配置力流 力流最短原理。按力流最 短原理设计，传力简捷，可 以使构件尽量单纯受拉或受 压，避免受弯和扭，这样可 使构件尺寸小、刚度好、用 材省。反之，为提高构件弹 性，则应加长力流路径。 力学结构: 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 ，即以怎样的结构形式来承受产品使用 过程中的外力而不破坏、不倾覆，而且 重量轻，简单、巧妙。 1. 1.2设计原则: 1.2.2 合理配置力流 力流平缓原
8、则。在构件 截面变化处力流容易积聚 ，形成应力集中，降低构 件强度，因此，应通过结 构（圆角、卸载槽等）设 计平缓力流。 力学结构: 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 ，即以怎样的结构形式来承受产品使用 过程中的外力而不破坏、不倾覆，而且 重量轻，简单、巧妙。 1. 1.2设计原则: 1.2.3 力平衡 通过结构设计部分或全部地 平衡产品在工作时所产生的 无用力，以免构件受力不平 衡，降低使用寿命。 力学结构: 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 ，即以怎样的结构形式来承受产品使用 过程中的外力而不破坏、不倾覆，而且 重量轻，简单、巧妙。 1. 1.2设计原则: 1.2.4 充分利用材料性能
9、 结构设计应能充分发挥材料的力学性能，根据载荷类型 、大小及所使用的材料选择最为合适的结构形式。 如： 抗拉强度好、抗压强度小的材料，宜采用拉索结 构，使其受拉；材料刚性好、韧性好宜采用框架 结构；抗压性能好，则使构件承受压力的拱形结 构则最适宜。 反之亦然。 力学结构: 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 ，即以怎样的结构形式来承受产品使用 过程中的外力而不破坏、不倾覆，而且 重量轻，简单、巧妙。 1. 1.3承力结构: 力学结构: 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 ，即以怎样的结构形式来承受产品使用 过程中的外力而不破坏、不倾覆，而且 重量轻，简单、巧妙。 1. 1.3承力结构: 各种桥
10、梁的结 构形式。 力学结构: 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 ，即以怎样的结构形式来承受产品使用 过程中的外力而不破坏、不倾覆，而且 重量轻，简单、巧妙。 1. 1.3承力结构: 自行车车轮的结构 形式。 力学结构: 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 ，即以怎样的结构形式来承受产品使用 过程中的外力而不破坏、不倾覆，而且 重量轻，简单、巧妙。 1. 1.3承力结构: 力学结构: 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 ，即以怎样的结构形式来承受产品使用 过程中的外力而不破坏、不倾覆，而且 重量轻，简单、巧妙。 1. 1.4增强结构: 平面薄板可用多种 结构加强。如波纹 板、瓦楞板、空心 板等
11、等。薄壳结构 强度明显好于平面 形态，如蛋壳。 即可用于增强产品及构件强度的 措施和方法。 力学结构: 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 ，即以怎样的结构形式来承受产品使用 过程中的外力而不破坏、不倾覆，而且 重量轻，简单、巧妙。 1. 1.4增强结构: 汽车车身多为饱满 的流线造型，一方 面是为着美观和减 小风阻的考虑；另 一方面也可以显著 地提高车体材料的 强度。 即可用于增强产品及构件强度的 措施和方法。 力学结构: 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 ，即以怎样的结构形式来承受产品使用 过程中的外力而不破坏、不倾覆，而且 重量轻，简单、巧妙。 1. 1.4增强结构: 容器边沿及底部的
12、 增强结构设计。 力学结构: 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 ，即以怎样的结构形式来承受产品使用 过程中的外力而不破坏、不倾覆，而且 重量轻，简单、巧妙。 1. 1.4增强结构: 容器边缘增强 的设计。 力学结构: 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 ，即以怎样的结构形式来承受产品使用 过程中的外力而不破坏、不倾覆，而且 重量轻，简单、巧妙。 1. 1.4增强结构: 箱体侧壁增强 的设计。 力学结构: 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 ，即以怎样的结构形式来承受产品使用 过程中的外力而不破坏、不倾覆，而且 重量轻，简单、巧妙。 1. 1.4增强结构: 塑料瓶底部的增强设计 。其中(b)是
13、球形瓶底附 加了瓶托，为以前的可 乐瓶采用的设计，现在 已很少采用而改用(c)。 力学结构: 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 ，即以怎样的结构形式来承受产品使用 过程中的外力而不破坏、不倾覆，而且 重量轻，简单、巧妙。 1. 1.4增强结构: 瓶体纵向设计加强筋 提高瓶体周向刚度的设计 力学结构: 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 ，即以怎样的结构形式来承受产品使用 过程中的外力而不破坏、不倾覆，而且 重量轻，简单、巧妙。 1. 1.4增强结构: 周转箱增强结 构的设计。 力学结构: 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 ，即以怎样的结构形式来承受产品使用 过程中的外力而不破坏、不倾覆，而
14、且 重量轻，简单、巧妙。 1. 1.5 产品必须有足够的稳定性以保持形态及不倾翻。 加强结构稳定性的措施： 1）保证结构具有稳定的形式（如三角形）及足够的 强度（包括构件自身强度及构件间的联接强度）。 2）保证结构重心垂直投影在支撑面内。 3）尽量放低重心，加大支撑面。 4）采用自平衡机构，使重心不偏离支撑面。 结构稳定性: 力学结构: 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 ，即以怎样的结构形式来承受产品使用 过程中的外力而不破坏、不倾覆，而且 重量轻，简单、巧妙。 1. 1.5结构稳定性: 三角形结构是一种最稳 定的结构形式。 力学结构: 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 ，即以怎样的结构形
15、式来承受产品使用 过程中的外力而不破坏、不倾覆，而且 重量轻，简单、巧妙。 1. 1.5结构稳定性: 不倒翁纸巾桶。 力学结构: 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 ，即以怎样的结构形式来承受产品使用 过程中的外力而不破坏、不倾覆，而且 重量轻，简单、巧妙。 1. 1.5结构稳定性: 视觉重心(而非结构重心 )偏离支撑面时会产生紧 张情绪及动态感受。 储运结构: 对产品的运输及储存结构的设计是结构 设计的一个重要方面。储运结构设计的 中心思想是如何在储运过程中减少体积 . 2. 2.1堆叠结构: 主要是通过结构设计使制品间发生叠合关系,从而实现 在储运过程中减少占用空间的目的。 可堆叠结构。(
16、a)、（b）、（c） 为三种较为典型的堆叠容器的边缘 设计。（d）的设计欠佳。容易开 裂且很难分离。 储运结构: 对产品的运输及储存结构的设计是结构 设计的一个重要方面。储运结构设计的 中心思想是如何在储运过程中减少体积 . 2. 2.1堆叠结构: 主要是通过结构设计使制品间发生叠合关系,从而实现 在储运过程中减少占用空间的目的。 椅子堆叠结构，可以有效、便捷、 经济地实现储运需求。 储运结构: 对产品的运输及储存结构的设计是结构 设计的一个重要方面。储运结构设计的 中心思想是如何在储运过程中减少体积 . 2. 2.1堆叠结构: 主要是通过结构设计使制品间发生叠合关系,从而实现 在储运过程中减少占用空间的目的。 套叠是将一系列大小不同但 形态相同的物品组合在一起 ，特征是较大的完全容纳较 小的。套叠结构可以有效的 节省储运空间，同时也使产 品充满智慧、富有情趣。 储运结构: 对产品的运输及储存结构的设计是结构 设计的一个重要方面。储运结构设计的 中心思想是如何在储运过程中减少体积 . 2. 2.1堆叠结构: 主要是通过结
