编号：
哈尔滨工业大学 大一年度项目结题报告
项目名称： 新型防风抗翻雨伞的研究与设计 项目负责人： 尹航 学号： 6123310701 联系电话： 18746047929 电子邮箱： 568174843@qq.com
院系及专业： 英才学院 土木工程
指导教师： 邵永松 职称： 教授 联系电话： 13703627179 电子邮箱：shaoyongsong@hit.edu.cn 院系及专业： 土木学院 钢结构
哈尔滨工业大学基础学部制表 填表日期： 2013年 6月5日
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一、项目团队成员（包括项目负责人、按顺序） 姓名 性别 所在院 学号 身份证号 130602199312210935 230602199406166211 320831199401110213 342425199409014011 本人签字 尹 航 赵增阳 杨月明 张 赞 男 男 男 男 英才学院 英才学院 英才学院 英才学院 6123310701 6123301704 6123310708 6123310710 二、指导教师意见 签 名： 年 月 日
三、项目专家组意见
组长签名： （ 学部盖章 ） 年 月 日
四、项目成果 序号 名称 说明 1 透气防风抗翻伞 对普通雨伞通过在伞面设置减压孔，并分别在伞的正面用鳞片结构对减压孔进行遮挡，使伞同时具有双向抗风和挡雨功能。 2 对于已有的防风伞思路进行力学原理以及优现有防风伞结构原理分析结果 缺点的探讨分析。从中找到能应用到之后设计的优势，和应该去尽量避免的缺陷。 2
新型防风抗翻雨伞的研究与设计
英才学院 尹航 杨月明 赵增阳 张赞
指导教师 邵永松 教授
摘要：雨伞作为生活必备物品，除了长时间使用时结构老化，另一主要的损坏原因为强风吹翻雨伞后破坏雨伞骨架结构。本项目旨在改善雨伞抗风防翻性能。进度安排是首先经过对现有防风伞利弊的汇总与分析以及小组成员的积极思考，在对比每个人的思路后确定我们最终改造方向。在初期手工改造后进行性能的对比测试，由实验结果完成进一步改良，最后达到较理想效果。具体方法是用普通雨伞在伞面上打开若干减压孔，并分别在伞的正面采用鳞片结构对减压孔进行遮挡，使伞同时具有抗风和挡雨功能，最终得到创新成果——透气伞。其创新性在于抛弃了传统加固雨伞来硬性抗风的理念，采取了引导风从伞面穿过的方法，方案新颖，同时方案便于手工操作，基本没有增加雨伞成本和制作难度。
关键词：雨伞；防风抗翻；减压孔；鳞片结构；透风
一 课题背景
现有的雨伞在遇到刮强风的下雨天，会在人没有防备的情况下外翻，让撑伞人很苦恼，甚至损伤到雨伞。现在对雨伞此方面缺陷的研究，多是对伞的钢结构进行加强或改变伞结构的大体造型，使雨伞更加牢固或减弱风对结构冲击力的影响。但是由于成本、现实应用性不大等方面的局限，成果都没有得到广泛认可和推广。而这种改造所带来的经济利益不足以吸引更多的研究设计，雨伞防风抗翻性能的改善陷入了停滞。同时每年雨伞的产销量大致在几十万把，除了使用时间过长导致的雨伞更新换代，强风吹翻雨伞导致损坏的因素在伞的更换情况中大致占据了十分之一的比例，如此此问题导致雨伞的额外消耗是一个很大的数字，这也成为了一个亟待解决的问题。
所以经过与指导教师的多次交谈以及我们小组内部的讨论，我们决定通过对现有资源的借鉴和自己的创新设计对现有的雨伞伞面和支架结构进行自主的学习和改进，来改善雨伞防风抗翻能力，同时达到增强小组成员的力学基础知识，搜集、汇总、筛选、使用信息能力和创造性设计、动手制作、小组合作能力的提高的目的。
二 课题研究内容与方法
1．研究内容
（1）学习现有的防风雨伞的结构
伞面结构、内部支架结构、相对普通伞结构的改变、折叠伞和普通大伞二者结构在防风抗翻和日常使用中各自的优势及不足 （2）现有雨伞防风抗翻的原理 材料方面、受力结构方面
（3）现有雨伞在防风抗翻方面的缺陷
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轻便与防风抗翻效果不能兼备、正面抗风与防翻功能不能兼备、防风伞成本过高不适合普及使用
（4）在实际雨伞制作中发现的伞的造型对防风抗翻的影响
伞面弧度、伞面跨度、伞面大小、伞面形状、伞面是否对称 （5）对改造前后雨伞性能进行实验对比测试
（6）分析制作失败的原因和实验中发现的雨伞设计的缺陷并着力解决这些问题
如：对伞面分割后破坏了伞面的完整性，使得割口处的伞布受风会撕开； 分层的伞面在雨当伞面扬起透风同时会漏雨。
2．研究方法
（1）对于“研究内容的（1）（2）（3）”这三个方面：
我们均采用对现有具有典型性防风伞资料的搜集整理来完成目标。我们首先共同学习了关于雨伞结构的基本知识，了解各部分骨架的名称、作用、连接方式，之后我们采取独立学习，分享交流的方法完成余下的任务。即共同确定四种现有的改良雨伞思路及产物，然后责任到人，小组四个成员每个人负责一种改造设计方案的资料整理与学习分析，最后我们将各自的成果汇总，并从中选取一些适合的思路与创意应用我们的设计中去，同时他们存在的问题在我们之后的项目中来想方法避免或改进。 （2）对于“研究内容（4）”:
这一方面的研究内容设计到雨伞的实际制作，为项目计划的关键部分。首先我们运用所掌握的物理中力学的知识以及自主学习相关空气动力学知识来分析如何改变伞面的弧度大小才能既不影响遮雨的效果又能使雨伞抗风能力提升，及思考如何改变伞面的造型才能使雨伞受风的面积减少，如何使风作用力及力矩最小及使大多数作用力从脆弱的伞骨和伞面转移到坚固的伞柄。之后，对现有的普通雨伞依照我们的设计，手工进行改造。 （3）对于“研究内容（5）”：
我们采取对比试验的方法，选择一个风力合适时间。将两把原本相同，现其中一本经过改造的雨伞举于同一地点，伞面朝向同一方向均为被风方向，观察两把雨伞是否会被吹翻。若都未吹翻，则更换到风力更强的地点；都被吹翻，则更换到风力更弱的地点；否则，我们则可得出二者抗风防翻性能的差异。以上测试，重复多次。 （4）对于“研究内容（6）”中我们发现的问题：
其中“对伞面分割后破坏了伞面的完整性，使得割口处的伞布受风会撕开”我们通过转变分割方法，不再直接切割伞面，而是转为直接制作多个伞面片，再相互重叠着固定到伞骨上来避免伞面撕裂的问题。
而“分层的伞面在雨当伞面扬起透风同时会漏雨”的问题我们通过制作双层伞面的方法，交错着打开缝隙，使得风依然可以透过同时不会漏雨。 （5） 具体研究流程
分析现象 产生原因 安排进度 获取并 分析资料4 确定设计方案并制作 测试 并改造
三 研究结果
1.资料获取与分析
（1）现有思路一：增加伞骨数量（如图1）
原理：普通伞只有8根伞骨，此伞通过增加到24根保证了伞结构的极强稳定性。
缺陷：因伞骨的数量和强度增加使得该伞的重量远大于
普通雨伞，携带不便；伞骨数目的增多使伞成本提高。[1] 图1多骨架伞 （2）现有思路二：改变伞骨材质（如图2）
原理：利用“纤维伞骨” 韧性大，重量轻的特点，即使雨伞在强风下被吹弯的情况下伞架伞骨都不会损坏，可迅速复原 。
缺陷：使用韧性大的伞骨只是保证了伞结构在弯折的情况下不被破坏，仍没有解决抗翻防风影响人们使用的问题；且伞骨材质特殊使得成本提高。[1] （3）现有思路三：偏心伞 （如图3）
原理：总以有伞柄的半侧迎风，这样大多数力由非常牢固的伞柄承受，减轻伞面之下较脆弱的伞架或伞骨的受力，达到了减弱正面迎风对伞的破坏。
缺陷：使伞结构变复杂，且没有防翻的效果，相对普通雨伞改变不大，没有大量推广的必要。[2] （4）现有思路四：非对称雨伞 （如图4）
原理：根据风向，可对伞面的朝向自主做出调整，总以伞面较短一侧迎风。风的作用力会主要作用在正面最短的伞骨上。而且此时后方长伞骨一侧接近与地面平行，而风向大多数都会接近与地面平行或夹角很小，这样使容易损坏的长伞骨一侧从而不会受到过大的力的影响。这样风可以顺利的从伞的表面划过 。[3]
缺陷：遮雨面积小，而且伞面必须成特定的角度，对制作工艺要求较高。
图3偏心伞 图2纤维伞骨伞
2.研究思路
图4非对称伞 考虑到大多数现有的设计都是通过改变雨伞结构，技术支持很薄弱，无法在改造结构方面取得较好成果。因此我们转变解决问题的角度，从想办法御风的破坏，变堵为疏，通过设计使风能够从伞面穿过，从而大大减弱风对雨伞的影响。
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