淺談工程力學課程教學中受力分析問題

針對學生學習工程力學課程中受力分析時所遇到的困惑，提出了一些求解的思路和方法。

工程力學受力分析思路一、引言

高職《工程力學》課程，是將原屬于理論力學、材料力學課程的內容，加以融合、貫通和相互滲透，形成新的工程力學體系。它是高等職業教育機械類、土木類、材料類、電子類專業的一門專業基礎課。是和工程聯系極為廣泛、實踐性較強的學科。其實踐性在高職教學中表現為既重視知識層次的要求，又重視技能層次要求，它不僅要求學生掌握相應的力學知識，又要具備解決工程實際問題的能力。在工程力學課程的教學中，通過計算簡圖對物體進行受力分析并正確的繪制受力圖是學生學好工程力學的第一步。課程中的物體平衡問題的求解、構件強度、剛度、穩定性是計算等都要正確繪制受力圖之后才能進行。所以，正確的對物體進行受力分析，準確繪制受力圖是本課程學習的基礎。

在工程力學課程的教學中，發現學生在剛開始接觸受力分析時，常常會將高中物理中的受力分析用過來，對力的三要素理解不夠，對靜力學公理和推理不能正確掌握，對約束和約束反力沒有深入理解，所以在繪制受力圖的過程中會出現各種各樣的困惑。為此，我們總結出對物體進行受力分析、繪制受力圖的思路和方法，使學生通過學習能夠掌握這一難點內容，正確繪制受力圖，為以后的學習打下堅實的基礎。

二、掌握基本概念

正確的進行受力分析需要掌握一些基本的概念。

1.力的概念，其中要強調力的三要素。

舉例1：試畫出圖1中小車的受力圖。

在教學中常常會發現有部分的學生都畫成了圖2所示的樣子，而正確的受力圖應為圖3，這就是因為對力的三要素理解不夠清楚，要跟學生解釋在《工程力學》受力圖中要強調力的作用點的位置，不能像中學物理中一律畫在物體的重心上。

2.約束與約束反力。首先要跟學生講清楚自然界的一切事物總是以各種形式與周圍的事物相互聯系又相互制約的。一個物體的運動受到周圍其他物體的限制，這種限制條件稱為約束。約束作用于被約束物體上的限制其運動的力，稱為約束反力。約束反力的三要素中，約束力的大小是未知的，它與主動力的值有關，在靜力學中將通過剛體的平衡條件求得；約束力的方向總是與約束所能限制的運動方向相反；約束力的作用點，在約束與被約束物體的接觸處。然后要對不同的約束類型及其約束反力的表示方法理解透徹，否則就會有同學把約束反力畫錯。要熟記典型約束的表示符號，這些符號是工程技術人員的共同語言，如圖6中我們會用RC和RC＇來表示是一對作用力與反作用力。

三、受力分析思路

第一步，確定研究對象，取分離體。按問題的條件和要求，確定所研究對象（它可以是一個物體，也可以是幾個物體的組合或者整個物體系統），解除與研究對象相連接的其它物體的約束。在這里要求學生不能出現改變分離體的形狀和尺寸的情況（因為在平衡問題的運用幾何法求解，如果圖形的形狀和尺寸會影響解題）和不能改變脫離體的相對位置擺布。同樣圖1例題，有同學會畫成圖4或者圖5，這種錯誤是因為擺布的位置沒有能按照原樣來畫所致。

第二步，畫主動力。要在分離體上依葫蘆畫瓢地把所有的已知力（包括集中力、分布載荷和力偶）畫上即可，切忌漏力。

第三步，畫約束力。在接觸約束的位置，根據約束的不同類型，畫出約束力。在這個過程中要結合靜力學公理進行作圖。例如，做出圖6所示剛架AC和CB的受力圖，剛架自重不計。有同學作出圖7所示

的受力圖，正確的受力圖應如圖8所示。針對圖6的問題，主要解決對策有：（1）對這個物體系統的作受力圖，要確定研究的順序，而不是統統按照從左往右的順序。在本題中應該先找二力桿CB——剛架CB不計自重，兩端均用鉸鏈的方式與周圍物體相連接，且不受其它外力作用，有同學對于前面所講的約束與約束反力理解不好的時候，就很難找出二力桿，因為他們不能夠明白為什么在講約束反力的時候，圓柱鉸鏈約束以及固定鉸支座有時候可以用一個方向不定的力來表示，有時又可以用兩個方向待定的相互正交的力來表示。所以，在這約束與約束反力的講解中要強調圓柱鉸鏈約束的實質（銷釘與銷釘空洞之間的約束其實就是接觸位置在變化的光滑接觸面約束）。找到二力桿后，這就要用到二力平衡公理來繪制二力桿所受的力（如圖8中的剛架CB的受力圖）。（2）繪制其他受力圖時要運用作用力與反作用力公理以及三力平衡匯交原理。圖8中剛架AC的中C端的約束反力RC＇應該由剛架CB中C端的RC根據作用力與反作用力原理繪制；剛架AC中A端的約束反力RA則由三力平衡匯交原理繪制（當然，A端的約束是固定鉸支座約束此時也可如圖7中A端所示，畫出兩個相互正交的力RAX和RAY）。注意在運用三力平衡匯交原理的時候有同學會存在濫用的現象，比如一個物體受四個力作用平衡時，很多同學會出現四個力中的三個力匯交于一點的錯誤。

第四步，根據前面所學的有關知識，檢查受力圖畫得是否正確。要求學生根據靜力學公理等使受力圖不出現多畫或者少畫力的情況。

三、結語

經過多年的教學實踐證明，只要學生在學習過程中按照我們設定的分析問題的思路，在練習中加以運用，那么力學中的受力分析問題就迎刃而解，為后面的學習打下堅實的基礎。

參考文獻：

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