谈“理论力学”中受力分析的教学实践.docx

《谈“理论力学”中受力分析的教学实践.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《谈“理论力学”中受力分析的教学实践.docx（6页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、谈“理论力学”中受力分析的教学实践 摘要：受力分析是理论力学教学中的重要内容。总结了学生在学习这一部分内容时的一些难点和简单混淆的问题，如铰链连接、二力杆和三力平衡汇交定理的应用等，并阐述了在课堂教学中解决这些疑难点的方法。 关键词：理论力学；受力分析；课堂教学 作者简介：汤占岐，男，陕西咸阳人，北方民族高校化学与化学工程学院，讲师。 中图分类号：G642.3     文献标识码：A     文章编号：1017-007913-0092-01 “理论力学”是工科各专业的技术基础

2、课，它既是后续力学课程的理论基础，又是一门具有完整体系的独立学科，在很多工程领域都有着广泛的应用。其内容分为静力学、运动学和动力学三个部分。其中，静力学主要探讨力的基本性质、物体的受力分析及力系的简化与平衡。在静力学中，受力分析是最基本、最重要的内容，能否对受力物体进行正确的受力分析并画出受力图是学习静力学的关键。受力分析贯穿了整个力学课程的学习，假如受力分析这部分内容不能驾驭，则后续内容如力系的简化与平衡、运动学和动力学等就无从下手，更无从谈起学习后续的“材料力学”和“流体力学”等课程了。 通过几年的教学实践，我们发觉，虽然老师一再强调受力分析的重要性，重视受力分析的讲授，但学生的学习效果却

3、并不志向。究其缘由，主要有以下三点。 受力分析的部分内容学生在高校物理课程中已经有所了解，但仍有一些新的概念和探讨方法，须要学生深刻理解和娴熟驾驭。 理论力学所探讨的对象大多由工程实际抽象而来，而学生对这些抽象的力学模型没有感性相识，导致一些理解上的偏差和错误。 由于理论课授课学时削减，教材也做了大幅精简，语言显得特别精练，但是内容却并没有削减，因此，许多学生自学时便显得力不从心。 本文总结和归纳了学生在学习受力分析这部分内容时常感困惑、难于理解的几个问题，并以一个三铰刚架的受力分析为例，就学生如何透彻理解和老师如何讲授进行了阐述。 例：如图1所示三铰刚架，不计自重，试分别画出各杆的受力图。

4、一、关于铰链连接的问题 若受力构件中有铰链连接，铰链处的受力分析往往是学生学习时困难较多的地方，主要集中在以下几个方面。 1.销钉上作用有集中力时的处理方法 图1中销钉C上作用有一集中力P，在取分别体时肯定要明确是将销钉与某根杆件一起作为探讨，还是将销钉单独作为探讨对象。如取AC杆与销钉C一起作为探讨对象，则集中载荷就应当作用在AC杆上，而BC杆上的C处现在就只能看做是一个销钉孔，其上的作用力为AC杆上的销钉C所施加的力FC，再无其他力，受力如图2所示。对这个问题的处理，可以这样来概括，即“力随销走”。 2.铰链处的约束力方向 教材中在讲到铰链约束的约束力时，一般画出销钉在销钉孔中的位置，并说

5、明这个“约束力作用在接触点的公法线方向，且通过销钉孔的中心，但其大小和方向均不确定，通常用重量表示”。1因此，将这个约束力正交分解为Fx、Fy。学生会有这样的怀疑，既然约束力作用在接触点的公法线方向，为什么说其方向不确定呢？这里要向学生说明，由于杆上其他位置的外力和约束力的影响，致使销钉和销钉孔接触点的位置不能确定，虽然约束力肯定沿接触点的公法线方向，但是因为接触点的位置不能确定，因此，约束力的方向便不能确定。所以才将约束力正交分解，分解后可通过后面将要学习的平衡方程，求解出这两个重量的大小，进而计算出约束力的大小及方向。这样讲解，学生对这个问题就会比较简单理解了。如图2中AC杆在A处的约束力

6、便属这种状况。 3.铰链连接多个构件的问题 如若取AC杆为分别体，则AC杆在C处的受力就需细致斟酌。事实上，AC杆在C处仅受销钉C施加的力。许多学生在分析此处的受力时不但有销钉C施加的力，还认为BC杆也对AC杆有力的作用，缘由在于学生对铰链连接的实质没有一个感性的相识，错误地认为AC杆和BC杆在C处相互接触。这时就应当向学生强调，AC杆和BC杆在C处没有干脆接触，相互之间并没有力的作用，只是通过销钉C连接，只和销钉有干脆接触，也即两杆均只和销钉有相互的作用力，销钉起到“媒介”的作用。通过这样的讲解，学生就很简单理解并能正确地画出如图2所示的AC杆的受力图了，图中FCx和FCy是销钉C施加在AC

7、杆上的约束力。应当明确的是，假如若干个构件通过一个销钉在某处连接，无论数量多少，这些构件在连接处均不干脆接触，彼此之间都没有相互作用力。 二、关于二力杆 在一般的结构中，二力杆可以说是其中最基本、最简洁的一种构件，由二力平衡原理可以很便利地确定二力杆的约束力作用线。因此，在受力分析中，我们往往要先推断结构中是否有二力杆，假如存在二力杆，则以二力杆为突破口，先画二力杆的受力图，再画与二力杆相连的其他构件的受力图。 一般的理论力学教材中对于二力杆是这样定义的：“只在两个力作用下平衡的构件，称为二力构件，简称二力杆。”2精确地说，这个定义并不严格。以图1结构中的BC杆为例，BC杆在C处分别受到集中力

8、P和AC杆所施加的力FCx和FCy，如图2所示。看似在C处受三个力的作用，但是，根据力的合成观点，这几个力可以合成为一个力，因此，BC杆在C处只受到一个力的作用，同时，在B处也只受一个力的作用，所以可推断出BC杆为二力杆，B处的约束力FB肯定沿杆件的轴线方向。从这个杆件的受力分析可以看出，上述对二力杆的定义并不非常精确，应当这样来定义：“只在两点受力且不受力偶作用而平衡的杆称为二力杆。”这个定义仅仅涉及杆或构件的受力位置而不干脆涉及受力的数目，所以它比较直观、简洁。3根据这个定义，学生在推断与分析二力杆时，出错率大大降低。 三、三力平衡汇交定理的应用 在进行受力分析时，假如能合理地应用三力平衡

9、汇交定理，则能很便利地确定未知约束力的方向。在图1所示刚架中，假如去掉集中力P，则对AC杆应用三力平衡汇交定理，可知A处的约束力FA的方向如图3所示。但是，在实际的计算中，通常利用联立平衡方程的方法求解未知约束力的大小，而平衡方程通常会包含探讨对象上各力在x方向和y方向投影的代数和，因此，三力平衡汇交定理在实际求解未知约束力时并不常运用，更多的是将FA正交分解为FAx和FAy会显得更便利些。 四、结语 受力分析这一部分内容通常是作为“理论力学”第一章的内容绽开的，涉及的学问点多，头绪纷杂，而有些学问点，例如力系的等效与简化、平衡方程等须要结合后面章节的内容才能够有深刻的体会。因此，在讲授这一部

10、分内容时，对一些难点问题，可先做必要的讲解，告知学生一些简洁的处理方法，等学习到后面章节时，再回顾这一部分内容进行具体的讲解，做到前后呼应，使学生相识到各个学问点并不是孤立的，而是相互联系的一个有机整体。 参考文献： 1范钦珊,刘燕,王琪.理论力学一般高等学院基础力学系列教材M.北京:清华高校出版社,2004. 2哈尔滨工业高校理论力学教研室.理论力学(第五版)M.北京:高等教化出版社,19101. 3牟建耀.关于二力杆概念的探讨J.常州工学院学报,11018,(4). 第6页 共6页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页