浅谈工程力学课程教学中受力分析问题

针对学生学习工程力学课程中受力分析时所遇到的困惑，提出了一些求解的思路和方法。

工程力学受力分析思路一、引言

高职《工程力学》课程，是将原属于理论力学、材料力学课程的内容，加以融合、贯通和相互渗透，形成新的工程力学体系。它是高等职业教育机械类、土木类、材料类、电子类专业的一门专业基础课。是和工程联系极为广泛、实践性较强的学科。其实践性在高职教学中表现为既重视知识层次的要求，又重视技能层次要求，它不仅要求学生掌握相应的力学知识，又要具备解决工程实际问题的能力。在工程力学课程的教学中，通过计算简图对物体进行受力分析并正确的绘制受力图是学生学好工程力学的第一步。课程中的物体平衡问题的求解、构件强度、刚度、稳定性是计算等都要正确绘制受力图之后才能进行。所以，正确的对物体进行受力分析，准确绘制受力图是本课程学习的基础。

在工程力学课程的教学中，发现学生在刚开始接触受力分析时，常常会将高中物理中的受力分析用过来，对力的三要素理解不够，对静力学公理和推理不能正确掌握，对约束和约束反力没有深入理解，所以在绘制受力图的过程中会出现各种各样的困惑。为此，我们总结出对物体进行受力分析、绘制受力图的思路和方法，使学生通过学习能够掌握这一难点内容，正确绘制受力图，为以后的学习打下坚实的基础。

二、掌握基本概念

正确的进行受力分析需要掌握一些基本的概念。

1.力的概念，其中要强调力的三要素。

举例1：试画出图1中小车的受力图。

在教学中常常会发现有部分的学生都画成了图2所示的样子，而正确的受力图应为图3，这就是因为对力的三要素理解不够清楚，要跟学生解释在《工程力学》受力图中要强调力的作用点的位置，不能像中学物理中一律画在物体的重心上。

2.约束与约束反力。首先要跟学生讲清楚自然界的一切事物总是以各种形式与周围的事物相互联系又相互制约的。一个物体的运动受到周围其他物体的限制，这种限制条件称为约束。约束作用于被约束物体上的限制其运动的力，称为约束反力。约束反力的三要素中，约束力的大小是未知的，它与主动力的值有关，在静力学中将通过刚体的平衡条件求得；约束力的方向总是与约束所能限制的运动方向相反；约束力的作用点，在约束与被约束物体的接触处。然后要对不同的约束类型及其约束反力的表示方法理解透彻，否则就会有同学把约束反力画错。要熟记典型约束的表示符号，这些符号是工程技术人员的共同语言，如图6中我们会用RC和RC＇来表示是一对作用力与反作用力。

三、受力分析思路

第一步，确定研究对象，取分离体。按问题的条件和要求，确定所研究对象（它可以是一个物体，也可以是几个物体的组合或者整个物体系统），解除与研究对象相连接的其它物体的约束。在这里要求学生不能出现改变分离体的形状和尺寸的情况（因为在平衡问题的运用几何法求解，如果图形的形状和尺寸会影响解题）和不能改变脱离体的相对位置摆布。同样图1例题，有同学会画成图4或者图5，这种错误是因为摆布的位置没有能按照原样来画所致。

第二步，画主动力。要在分离体上依葫芦画瓢地把所有的已知力（包括集中力、分布载荷和力偶）画上即可，切忌漏力。

第三步，画约束力。在接触约束的位置，根据约束的不同类型，画出约束力。在这个过程中要结合静力学公理进行作图。例如，做出图6所示刚架AC和CB的受力图，刚架自重不计。有同学作出图7所示

的受力图，正确的受力图应如图8所示。针对图6的问题，主要解决对策有：（1）对这个物体系统的作受力图，要确定研究的顺序，而不是统统按照从左往右的顺序。在本题中应该先找二力杆CB——刚架CB不计自重，两端均用铰链的方式与周围物体相连接，且不受其它外力作用，有同学对于前面所讲的约束与约束反力理解不好的时候，就很难找出二力杆，因为他们不能够明白为什么在讲约束反力的时候，圆柱铰链约束以及固定铰支座有时候可以用一个方向不定的力来表示，有时又可以用两个方向待定的相互正交的力来表示。所以，在这约束与约束反力的讲解中要强调圆柱铰链约束的实质（销钉与销钉空洞之间的约束其实就是接触位置在变化的光滑接触面约束）。找到二力杆后，这就要用到二力平衡公理来绘制二力杆所受的力（如图8中的刚架CB的受力图）。（2）绘制其他受力图时要运用作用力与反作用力公理以及三力平衡汇交原理。图8中刚架AC的中C端的约束反力RC＇应该由刚架CB中C端的RC根据作用力与反作用力原理绘制；刚架AC中A端的约束反力RA则由三力平衡汇交原理绘制（当然，A端的约束是固定铰支座约束此时也可如图7中A端所示，画出两个相互正交的力RAX和RAY）。注意在运用三力平衡汇交原理的时候有同学会存在滥用的现象，比如一个物体受四个力作用平衡时，很多同学会出现四个力中的三个力汇交于一点的错误。

第四步，根据前面所学的有关知识，检查受力图画得是否正确。要求学生根据静力学公理等使受力图不出现多画或者少画力的情况。

三、结语

经过多年的教学实践证明，只要学生在学习过程中按照我们设定的分析问题的思路，在练习中加以运用，那么力学中的受力分析问题就迎刃而解，为后面的学习打下坚实的基础。

参考文献：

[1]张定华.工程力学（少学时）[M].北京：高等教育出版社，2000.

[2]陈芝，姜迪友，郭芳芳.工程力学课程中进行受力分析教学的几个要点[J].江西蓝天学院学报，2011，6（2）：31-32.

[3]阳益贵.对《工程力学》课物体受力分析教学中的点滴体会[J].新课程研究，2008，8（123）：44-46.