浅谈工程力学中的受力分析问题

杜阶平DU Jie-ping

（辽宁轻工职业学院，大连 116100）

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

0 引言

工程力作为一门基础性的专业学科，工程力学知识可以很好的用于我国高等院校设置的学科知识的学习，因而工程力学具有很好的实用性。学生很好地掌握了工程力学的知识就可以促进其他学科知识的掌握和学习，提高学生运用理论知识解决实际问题的能力。然而，不少的学生在学习工程力学中都出现了不少的问题，尤其在工程力学中的受力分析知识点的学习中，由于学生未能正确理解相关的定义和内容，在解决受力分析问题上容易出现各种差错。因此，笔者结合个人教学经验，提出几点对受力分析的看法。

1 受力分析及其画法

受力分析是指找出研究对象在某个特定的物理情境中受到的外力，并通过画图的方式把研究对象所受的外力表示出来。它是学习工程力学以及所有力学知识的关键关节。在用画图方式变现研究对戏所受外力时，要遵循一定的特点，例如先重力，后接触力，其它作用力最后。因此，在进行工程力学受力分析时，必须遵循一定的思路和原则。

首先，将进行受力分析的对象分离出来。把需要分析的对象和其他具有联系的对象相分离，只需要画出所分析的对象的简单结构图，而无需画出其他无关的对象的结构图。其次，画出分析对象的主动力。画主动力是画出作用于分析对象上的集中力、载荷季度和力偶，主动力的较容易找到，也较为容易画。学生只需要根据已有的知识点，在单独画出的分析对象的简单结构图上画出[1]。再次，画出分析对象的未知力。相对于画主动力而言，未知力的画法更为繁琐，因此难度也更大。要正确画出未知力的要求更高，不仅要清楚了解分析对象的未知力的个数，还要一一将受力的方向以及表示符号画清楚。

2 工程力学中受力分析的重难点

2.1 二力构件的识别和受力 进行受力分析的第一步就是首先进行二力构件的辨别，学生正确掌握了二力构件的辨别方式可以帮助学生简化受力分析。在所有构件中，二力构件由于其结构简单，是所有构件最为基本的构件。对二力构件机型力学分析是只需通过二力平衡条件就可简单、正确地对构件进行力学分析。虽然二力构件的定义较为简单，但是其作用却重大。因此，教师在教学中要反复强调二力构件的作用，尤其是对一些经常出现简单错误的学生更要巩固其受力分析的基础知识。

2.2 铰链类型约束反力的画法 由于支座的不同，铰链的类型可以分为固定和活动铰链支座两种形式，相对于活动铰链而言，学生在学习过程中更难理解固定铰链制作的约束反力。约束力是相对于主动力而言的，构件在受到了主动力的约束作用，必定会存在于约束力方向相反的约束反力。约束反力的存在受主动约束力的限制，当主动约束力出于未知状态时，约束反力也会处于未知状态。因此，在确定约束反力的方向时，可以就用正交的两个分量来代替该处受力[2]。值得注意的是，方向的分量并不代表受力的实际方向，而是指力的方向的代数量。尤其是在难以确定主动力合理的方向和接触点的情况下，学生难以准确判断约束反力的情况，只能采用该代替的办法。但是，在二力构件中当两个受力点位于铰链连接处或者两个受力点连接线的延长线向内或向外延伸，以及在三力构件中，需要将铰链约束反力的方向画出。

3 提高工程力学中受力分析准确性的对策

3.1 准确理解和把握力学概念及其内在联系 学生准确地分析研究对象的受力情况，必须首先理解常见的几个力学概念。例如：自由和非自由体、约束和约束反力、主动力以及平衡。只有准确的理解了相关的力学概念，学生才有进行准确力学分析的知识基础，学生才能从整体出发判断研究对象承受的力的数量以及力的方向，而不会出现遗漏。学生在学习工程力学时要重视相关力学概念的学习，受力力学概念的内容，弄清不同力学概念的本质。在准确理解力学概念的基础上，学生要正确把握各个力学概念的内在联系。例如掌握力、约束和约束反力三个力学概念之间的联系。在讲解这三个力学概念时，不能割裂三者之间的内在联系，而要将三者联系在一起，并解释其内在的联系，让学生掌握力的相互之间的作用，加深学生对约束以及约束产生约束反力的认识[3]。同时，还能改变学生对约束和物体相分离关系的错误认识，让学生正确理解约束和物体之间的限制关系是相互的，约束和物体都可以对方形产生约束作用。

3.2 熟练掌握力学公理 学生在熟练掌握力学概念的基础上，还要深入了解掌握相关的力学公理。例如：二力平衡公理、作用力和反作用力公理等等。只有熟练掌握了力学公理，在进行力学分析时才能灵活运用各种力学公理来判断分析对象的受力情况。例如二力平衡公理，它是指作用于物体上的两个相反方向的力，并使物体处于平衡状态。因此，在对二力构件的受力分析时，根据二力平衡公理的中两个力的大小相等、方向相反并处于同一水平线上的特点，学生只要掌握了其中一个受力的大小以及方向就能快速找出另外一个力大小和方向，以及画出力的表现方式[4]。

3.3 准确表示力的方向 除了熟练掌握力学概念和力学公理之外，还需要能够正确的表示出力的方向，才能对分析对象进行正确的力学分析。约束反力作为力的方向知识点中的难点，掌握其画法尤其重要。学生在日常的学习中要通过不断的训练来加深对约束反力方向的认识和力的方向的正确表示，在具体的力学分析时要按照正确的表示规范来表示。

4 结语

由于力学分析在大部分工科类专业中都有很强的实用性，尤其是受力分析是解决力学问题的关键环节。因而受力分析作为工程力学学科学习的重点和难点，它是学生必须掌握的知识点和技能。教师在工程力学学科的教学中要重点详细讲解受力分析知识点，学生也应该积极认识力学分析知识点的重要性，并为学好力学分析做好充足的准备。笔者根据自身的教学实验，提出了一些正确的受力分析和画法，以及教学重难点，并针对学生提高受力分析的准确性提出一些建议。学生在学习受力分析时，一定要遵循正确的思路和方法，准确把握力学概念及其相互的联系，只要吃透受力分析重难点，所有的受力分析问题都能迎刃而解。而且学生遵照正确的思路和方法来进行受力分析不仅可以提高学生的学习能力，同时也可以提高学生学习的积极性，使学生真正投入到学习中，并为今后的学习打下基础。

[1]朱曼丽.浅谈工程力学中的受力分析问题[J].科技致富向导，2014，03（11）：302.

[2]魏丹，杨爽.工程力学中受力分析难点突破讨论[J].电子制作，2013，16（05）：244.

[3]龚友根.浅谈工程力学中的受力分析问题[J].价值工程，2012，01（21）：49-50.

[4]李仁锁，刘海庆，王瑞.工程力学中受力分析的新思路[J].科技信息，2010，22（17）：99-100.