工程力學(xué)受力分析論文
工程力學(xué)是和工程密切聯(lián)系的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，是高等教育機(jī)械類(lèi)、土木類(lèi)、材料類(lèi)、電子類(lèi)等的一門(mén)重要的必修課。下面小編帶來(lái)的是工程力學(xué)受力分析論文，希望對(duì)你有所幫助！
摘 要： 在工程力學(xué)教學(xué)中，對(duì)物體正確進(jìn)行受力分析是學(xué)好工程力學(xué)的第一步。作者總結(jié)出一些有關(guān)構(gòu)件正確的受力分析和畫(huà)受力圖的方法，使學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)，基本能夠掌握受力分析的方法，減少常出現(xiàn)的錯(cuò)誤，為以后的學(xué)習(xí)打下牢固的基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞： 工程力學(xué) 受力分析 受力圖 學(xué)習(xí)方法
在工程力學(xué)教學(xué)中，對(duì)物體進(jìn)行受力分析并畫(huà)出受力圖是學(xué)生學(xué)好工程力學(xué)的第一步。這部分內(nèi)容占有非常重要的地位，幾乎所有的力學(xué)計(jì)算，如構(gòu)件平衡與運(yùn)動(dòng)時(shí)未知力的計(jì)算、構(gòu)件承載能力的安全校核計(jì)算等，都需要首先進(jìn)行受力分析并畫(huà)出有關(guān)的受力圖后才能進(jìn)行。而所畫(huà)受力圖的準(zhǔn)確性直接影響到計(jì)算的正確性。受力圖的繪制一旦有誤，不僅會(huì)使計(jì)算出現(xiàn)錯(cuò)誤，而且有可能進(jìn)一步使后續(xù)的機(jī)械設(shè)計(jì)出現(xiàn)重大失誤，其損失可能是巨大的。所以，正確地對(duì)構(gòu)件進(jìn)行受力分析，準(zhǔn)確無(wú)誤地畫(huà)出受力圖，在工程力學(xué)計(jì)算中往往能起到事半功倍的作用。
我們通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生剛開(kāi)始接觸到受力分析時(shí)，因?yàn)橛兄袑W(xué)物理基礎(chǔ)，有輕視心理，對(duì)約束和約束反力的`概念沒(méi)有加以深入理解，所以所畫(huà)構(gòu)件受力圖錯(cuò)誤比較多。他們普遍反映受力分析和受力圖這部分內(nèi)容在理論上沒(méi)有難以理解的地方，但在畫(huà)構(gòu)件的受力圖時(shí)卻總是出錯(cuò)。其實(shí)，受力分析和受力圖這部分內(nèi)容的理論并不深?yuàn)W，是學(xué)生沒(méi)有從理解概念入手，把畫(huà)受力圖和運(yùn)用概念密切地聯(lián)系在一起，并且沒(méi)有深刻理解力學(xué)公理和原理，缺乏一些靈活的技巧和方法。
為此，我們總結(jié)出一些有關(guān)構(gòu)件正確的受力分析和畫(huà)受力圖的方法，使學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)，基本能夠掌握受力分析的方法，對(duì)所畫(huà)受力圖出現(xiàn)的錯(cuò)誤能有效地檢查出來(lái)，使所畫(huà)受力圖中的錯(cuò)誤大大地減少，為以后的學(xué)習(xí)和應(yīng)用打下牢固的基礎(chǔ)。
一、理解概念，掌握力、約束、約束反力三者之間的內(nèi)在聯(lián)系
力是物體之間相互的機(jī)械作用。凡是限制物體運(yùn)動(dòng)的其它物體稱(chēng)為約束。作用在物體上的限制物體運(yùn)動(dòng)的力稱(chēng)為約束反力。這些是力、約束、約束反力的定義。老師在講課時(shí)應(yīng)該把力的定義反復(fù)突出地強(qiáng)調(diào)，同時(shí)適時(shí)地和約束、約束反力的定義聯(lián)系在一起，將三者之間內(nèi)在的聯(lián)系揭示出來(lái)，并反復(fù)強(qiáng)調(diào)相互作用的結(jié)果，加深學(xué)生對(duì)約束產(chǎn)生約束反力的理解。另外，把約束的定義從廣義上去講解，不宜把物體和約束截然分開(kāi)，孤立地認(rèn)為約束是被限制的物體。應(yīng)該突出物體和約束之間的限制是相互的，是對(duì)等的。約束可以是物體，物體也可以是約束。
如圖1所示，球O放在拱形地面上。由于它們之間有相互作用，在其相互作用面上就有力產(chǎn)生。這時(shí)應(yīng)該認(rèn)為這兩個(gè)物體都是約束，互相限制對(duì)方的運(yùn)動(dòng)。它們均為光滑接觸面約束，其約束反力根據(jù)光滑接觸面約束的性質(zhì)應(yīng)為：沿接觸面公法線(xiàn)方向，指向被約束物體。圖中球O所受的力N即為拱形地面給它的約束反力。突出強(qiáng)調(diào)相互作用產(chǎn)生約束反力，可使得學(xué)生畫(huà)受力圖時(shí)多畫(huà)力或少畫(huà)力的現(xiàn)象大為減少，提高所畫(huà)受力圖的準(zhǔn)確性。
二、明析“二力桿件”和固定鉸鏈約束的特殊關(guān)系
在畫(huà)受力圖時(shí)，對(duì)固定鉸鏈約束的約束反力有時(shí)要畫(huà)互相垂直的兩個(gè)分力，而有時(shí)又只要畫(huà)一個(gè)力，不少學(xué)生感到不好掌握，時(shí)常畫(huà)錯(cuò)。老師在講課中，應(yīng)該把固定鉸鏈約束從廣義上去講解：固定鉸鏈只能限制物體間的相對(duì)徑向移動(dòng)，不能限制物體繞圓柱銷(xiāo)軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)和平行于圓柱銷(xiāo)軸線(xiàn)的移動(dòng)。由于圓柱銷(xiāo)與圓柱孔是光滑接觸面接觸，這個(gè)光滑的回轉(zhuǎn)面就是它的約束面，則約束反力應(yīng)是沿接觸線(xiàn)上的一點(diǎn)到圓柱銷(xiāo)中心的連線(xiàn)上，垂直于軸線(xiàn)。但是由于物體在回轉(zhuǎn)過(guò)程中與固定鉸鏈約束接觸面的位置是變化的，不固定的，因此這個(gè)光滑面約束反力的方向是不能預(yù)先確定的，只能用兩個(gè)方向待定的垂直分力來(lái)代替。力的方向不能預(yù)先確定是固定鉸鏈約束反力畫(huà)為兩個(gè)互相垂直的分力的原因，這一點(diǎn)要向?qū)W生反復(fù)強(qiáng)調(diào)。
當(dāng)力的方向能確定時(shí)，就可以只畫(huà)一個(gè)力，這時(shí)要引入“二力桿件”和固定鉸鏈約束的特殊關(guān)系�！岸U件”是指只受兩個(gè)力作用而平衡的桿件。“二力桿件”平衡時(shí)，二力必沿作用點(diǎn)的連線(xiàn)，且兩作用力的大小相等，方向相反。當(dāng)“二力桿件”和固定鉸鏈約束聯(lián)接時(shí)，固定鉸鏈約束反力的作用線(xiàn)是能確定的，它必然通過(guò)“二力桿件”上二力作用點(diǎn)的連線(xiàn)。給學(xué)生講清楚這個(gè)特殊關(guān)系，在受力分析時(shí)，對(duì)于“二力桿件”，在其與固定鉸鏈聯(lián)接處只需要畫(huà)出一個(gè)約束反力。這樣就能很好地解決問(wèn)題。
三、運(yùn)用作用力與反作用力公理，檢測(cè)受力圖的準(zhǔn)確性
作用力與反作用力公理即牛頓第三定律，它揭示了物體間相互作用的結(jié)果。兩物體間的作用力與反作用力總是同時(shí)存在的，且兩力的大小相等、方向相反、沿著同一直線(xiàn)，分別作用在相互作用的兩個(gè)物體上。
對(duì)物體進(jìn)行受力分析過(guò)程，靈活地運(yùn)用該公理，不僅可以提高畫(huà)受力圖的效率，而且可以用來(lái)檢驗(yàn)受力圖的準(zhǔn)確性。當(dāng)相互作用的兩個(gè)物體中一個(gè)物體的受力圖畫(huà)出后，可以利用該公理畫(huà)出另一個(gè)物體的受力圖，無(wú)須判別約束類(lèi)型再畫(huà)受力。如圖1中，當(dāng)球O的受力圖畫(huà)出后，就可以根據(jù)該公理迅速畫(huà)出拱形地面所受的壓力來(lái)。用該公理還可以檢查受力圖中的錯(cuò)誤。若相互作用的構(gòu)件之間的相互作用力不符合該公理，則這個(gè)地方的受力圖肯定是錯(cuò)誤的。如在圖2中，當(dāng)誤把鉸鏈A處的約束反力畫(huà)成兩個(gè)分力X和Y時(shí)，利用該公理可以檢查出這兩個(gè)分力和AB桿上的A點(diǎn)處力R′不符合作用力與反作用力公理�！岸U件”AB桿在A點(diǎn)只可能有沿AB連線(xiàn)的力，根據(jù)作用力與反作用力公理，在AC桿的A點(diǎn)只能有和R′存在作用力與反作用力關(guān)系的力R。故圖中兩力X和Y的畫(huà)法是錯(cuò)誤的。
四、正確三力平衡匯交原理應(yīng)用
值得一提的是，學(xué)生中有一個(gè)錯(cuò)誤犯得比較多，那就是在應(yīng)用三力平衡匯交原理作圖時(shí)存在濫用現(xiàn)象，特別是物體受四個(gè)力作用平衡時(shí)，很多學(xué)生出現(xiàn)四個(gè)力中的三個(gè)力匯交于一點(diǎn)的錯(cuò)誤。這是不對(duì)的，物體只在受三個(gè)力作用下平衡時(shí)才存在平衡匯交原理，四個(gè)力或四個(gè)力以上的力作用時(shí)不存在平衡匯交原理，這時(shí)不能夠確定的固定鉸鏈約束力需用兩個(gè)互相垂直的力來(lái)表示。
多年的教學(xué)實(shí)踐證明，在講課中若突出以上幾個(gè)方面重點(diǎn)講解，并多加練習(xí)，能取得較好的教學(xué)效果。學(xué)生在畫(huà)受力圖時(shí)，既可以利用約束的性質(zhì)分析畫(huà)圖，又可以利用作用力與反作用力公理分析畫(huà)圖；在檢查受力圖時(shí)，既可以檢查是否有相互作用，又可以看是否符合作用力與反作用力公理，較好地掌握了受力分析和畫(huà)受力圖的方法。
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