淺談工程力學中的受力分析問題

杜階平DU Jie-ping

（遼寧輕工職業學院，大連 116100）

（Liaoning Vocational College of Light Industry，Dalian 116100，China）

0 引言

工程力作為一門基礎性的專業學科，工程力學知識可以很好的用于我國高等院校設置的學科知識的學習，因而工程力學具有很好的實用性。學生很好地掌握了工程力學的知識就可以促進其他學科知識的掌握和學習，提高學生運用理論知識解決實際問題的能力。然而，不少的學生在學習工程力學中都出現了不少的問題，尤其在工程力學中的受力分析知識點的學習中，由于學生未能正確理解相關的定義和內容，在解決受力分析問題上容易出現各種差錯。因此，筆者結合個人教學經驗，提出幾點對受力分析的看法。

1 受力分析及其畫法

受力分析是指找出研究對象在某個特定的物理情境中受到的外力，并通過畫圖的方式把研究對象所受的外力表示出來。它是學習工程力學以及所有力學知識的關鍵關節。在用畫圖方式變現研究對戲所受外力時，要遵循一定的特點，例如先重力，后接觸力，其它作用力最后。因此，在進行工程力學受力分析時，必須遵循一定的思路和原則。

首先，將進行受力分析的對象分離出來。把需要分析的對象和其他具有聯系的對象相分離，只需要畫出所分析的對象的簡單結構圖，而無需畫出其他無關的對象的結構圖。其次，畫出分析對象的主動力。畫主動力是畫出作用于分析對象上的集中力、載荷季度和力偶，主動力的較容易找到，也較為容易畫。學生只需要根據已有的知識點，在單獨畫出的分析對象的簡單結構圖上畫出[1]。再次，畫出分析對象的未知力。相對于畫主動力而言，未知力的畫法更為繁瑣，因此難度也更大。要正確畫出未知力的要求更高，不僅要清楚了解分析對象的未知力的個數，還要一一將受力的方向以及表示符號畫清楚。

2 工程力學中受力分析的重難點

2.1 二力構件的識別和受力 進行受力分析的第一步就是首先進行二力構件的辨別，學生正確掌握了二力構件的辨別方式可以幫助學生簡化受力分析。在所有構件中，二力構件由于其結構簡單，是所有構件最為基本的構件。對二力構件機型力學分析是只需通過二力平衡條件就可簡單、正確地對構件進行力學分析。雖然二力構件的定義較為簡單，但是其作用卻重大。因此，教師在教學中要反復強調二力構件的作用，尤其是對一些經常出現簡單錯誤的學生更要鞏固其受力分析的基礎知識。

2.2 鉸鏈類型約束反力的畫法 由于支座的不同，鉸鏈的類型可以分為固定和活動鉸鏈支座兩種形式，相對于活動鉸鏈而言，學生在學習過程中更難理解固定鉸鏈制作的約束反力。約束力是相對于主動力而言的，構件在受到了主動力的約束作用，必定會存在于約束力方向相反的約束反力。約束反力的存在受主動約束力的限制，當主動約束力出于未知狀態時，約束反力也會處于未知狀態。因此，在確定約束反力的方向時，可以就用正交的兩個分量來代替該處受力[2]。值得注意的是，方向的分量并不代表受力的實際方向，而是指力的方向的代數量。尤其是在難以確定主動力合理的方向和接觸點的情況下，學生難以準確判斷約束反力的情況，只能采用該代替的辦法。但是，在二力構件中當兩個受力點位于鉸鏈連接處或者兩個受力點連接線的延長線向內或向外延伸，以及在三力構件中，需要將鉸鏈約束反力的方向畫出。

3 提高工程力學中受力分析準確性的對策

3.1 準確理解和把握力學概念及其內在聯系 學生準確地分析研究對象的受力情況，必須首先理解常見的幾個力學概念。例如：自由和非自由體、約束和約束反力、主動力以及平衡。只有準確的理解了相關的力學概念，學生才有進行準確力學分析的知識基礎，學生才能從整體出發判斷研究對象承受的力的數量以及力的方向，而不會出現遺漏。學生在學習工程力學時要重視相關力學概念的學習，受力力學概念的內容，弄清不同力學概念的本質。在準確理解力學概念的基礎上，學生要正確把握各個力學概念的內在聯系。例如掌握力、約束和約束反力三個力學概念之間的聯系。在講解這三個力學概念時，不能割裂三者之間的內在聯系，而要將三者聯系在一起，并解釋其內在的聯系，讓學生掌握力的相互之間的作用，加深學生對約束以及約束產生約束反力的認識[3]。同時，還能改變學生對約束和物體相分離關系的錯誤認識，讓學生正確理解約束和物體之間的限制關系是相互的，約束和物體都可以對方形產生約束作用。

3.2 熟練掌握力學公理 學生在熟練掌握力學概念的基礎上，還要深入了解掌握相關的力學公理。例如：二力平衡公理、作用力和反作用力公理等等。只有熟練掌握了力學公理，在進行力學分析時才能靈活運用各種力學公理來判斷分析對象的受力情況。例如二力平衡公理，它是指作用于物體上的兩個相反方向的力，并使物體處于平衡狀態。因此，在對二力構件的受力分析時，根據二力平衡公理的中兩個力的大小相等、方向相反并處于同一水平線上的特點，學生只要掌握了其中一個受力的大小以及方向就能快速找出另外一個力大小和方向，以及畫出力的表現方式[4]。

3.3 準確表示力的方向 除了熟練掌握力學概念和力學公理之外，還需要能夠正確的表示出力的方向，才能對分析對象進行正確的力學分析。約束反力作為力的方向知識點中的難點，掌握其畫法尤其重要。學生在日常的學習中要通過不斷的訓練來加深對約束反力方向的認識和力的方向的正確表示，在具體的力學分析時要按照正確的表示規范來表示。

4 結語

由于力學分析在大部分工科類專業中都有很強的實用性，尤其是受力分析是解決力學問題的關鍵環節。因而受力分析作為工程力學學科學習的重點和難點，它是學生必須掌握的知識點和技能。教師在工程力學學科的教學中要重點詳細講解受力分析知識點，學生也應該積極認識力學分析知識點的重要性，并為學好力學分析做好充足的準備。筆者根據自身的教學實驗，提出了一些正確的受力分析和畫法，以及教學重難點，并針對學生提高受力分析的準確性提出一些建議。學生在學習受力分析時，一定要遵循正確的思路和方法，準確把握力學概念及其相互的聯系，只要吃透受力分析重難點，所有的受力分析問題都能迎刃而解。而且學生遵照正確的思路和方法來進行受力分析不僅可以提高學生的學習能力，同時也可以提高學生學習的積極性，使學生真正投入到學習中，并為今后的學習打下基礎。

[1]朱曼麗.淺談工程力學中的受力分析問題[J].科技致富向導，2014，03（11）：302.

[2]魏丹，楊爽.工程力學中受力分析難點突破討論[J].電子制作，2013，16（05）：244.

[3]龔友根.淺談工程力學中的受力分析問題[J].價值工程，2012，01（21）：49-50.

[4]李仁鎖，劉海慶，王瑞.工程力學中受力分析的新思路[J].科技信息，2010，22（17）：99-100.