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《工程力学》之静力学教学中常见问题分析

时间:2022-11-01 20:35:04 来源:网友投稿

摘要: 《工程力学》作为大学工科专业的一门专业基础课程,学生往往在学习中感到头疼。为了帮助学生学好这门课程,为以后的专业后续课程学习打好基础,从静力学部分的常见问题入手分析,使课程的学习简单化。

关键词: 静力学;常见问题;受力分析;物体系统;平衡计算

中图分类号:G642 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2012)04-0185-010引言

《工程力学》作为大学工科专业的一门专业基础课程,对于专业的学习起着举足轻重的作用。这门课程包括两个部分:前半部分是《理论力学》中的静力学部分,后半部分是《材料力学》部分。对于学生,这门课程是他们所有大学课程中最为头疼的课程之一。这里的主要原因其实是他们没有真正了解这门课程的真谛,如果能认真分析其知识结构,完全将课程中存在的常见问题融会贯通,将会发现学会这门课程并非难题。在这门课程中静力学部分是基础,因此必须认真学好。本文就静力学常遇的两类问题进行了研究分析。

1静力学教学中常见问题分析

第一类问题:受力分析问题。

解决这类问题其实很简单,首先确定研究对象,并且取脱离体;其次要确定并且画出作用在研究对象上的全部主动力;最后根据约束类型分析、确定并画出研究对象上的全部约束反力。这里最主要的是研究对象的确定和约束类型分析,这类问题一定要注意二力体问题和三力汇交平衡问题,以一道常见例题来分析:

例1:图(a)中不计三铰拱桥的自重与摩擦,画出左、右拱AC、CB的受力图。

解:先分析约束类型:A、B两点均为固定铰支座,C点为光滑铰链约束。

第一步,取拱CB的受力。拱CB自重不计,且只在B、C两处受到铰链约束力FB、FC和FC的作用,因此,拱CB为二力构件,FB=FC,如图(b)所示。

第二步,再取拱AC为研究对象。拱AC上作用有主动力FP,在铰链C处受到拱BC给它的反作用力F■■=-F■,以及受到固定铰支座A的约束力FA的作用。FA可以用一对正交分力FAx、FAy来代替,如图(c);也可利用三力汇交定理判断出其作用线方位,如图(d)所示。

第二类问题,物体系统平衡问题分析。

这类问题是在受力分析之后遇到的。要解决这类问题,先取研究对象进行分析受力,再研究是否有静定结构,由于静定结构可以列出三个平衡方程,可以根据利用已知条件求出相应的三个未知条件。

例2:如图2(a),复合梁ABC由悬臂梁AB和简支梁BC组成,梁上作用有均布载荷,载荷集度为q。试求固定端A和活动铰支座C的约束力。

解:分析复合梁受到4个外部约束力,分别为A点固定端约束的FAx、FAy、M以及C点的活动铰支座的FC。虽然以整体为研究对象可求出A处水平约束力,但对后续求解帮助不大。需要从整体中选择单个刚体为研究对象。

如图2(b),BC只受三个约束力作用,即B点的光滑铰链产生的一对正交力和C点活动铰支座的竖直方向的力。因此首先以BC为研究对象。考虑其对点B的力偶矩的平衡。可以求出FC。

∑MB=0a·FC-0.5a·qa=0,FC=0.5qa

再考虑整体平衡,受力如图2(c)。依次列出整体的三个平衡方程,求出相应的三个未知力,即A点固定端约束的FAx、FAy、M。

∑Fx=0FAB=0

∑Fy=0FAy+FC-2qa=0,FAy=1.5qa

∑MA=0M+3a·FC-2a·2qa=0,M=2.5qa2

2结论

通过上面两类问题的研究分析,可以得出:

①力学问题中的研究对象至关重要,因此必须选择合理的研究对象;

②单个物体的受力分析必须正确,否则将会给后期的平衡计算造成障碍;

③在进行物体系统平衡计算时,必须先选择合理的静定结构入手,才会使计算简单化。

参考文献:

[1]工程力学.韩立朝,彭华编著.武汉大学出版社,2010.07.

[2]工程力学.刘鸣主编.中国建筑工业出版社,2006.02.

[3]工程力学.罗迎社,喻小明主编.北京大学出版社,2006.08.

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