工程力学课程教学中的能力培养

　　前言

　　工程力学是水利水电建筑工程专业的一门重要的技术基础课和必修课,是研究工程结构的受力状态和承载能力的基本原理和方法的课程。工程力学的教学任务是使学生掌握杆件或杆系结构在荷载作用下的平衡条件及承载能力的计算,解决杆件结构的强度、刚度和稳定性问题;为结构设计合理的形式,保证结构按设计要求正常工作,并充分发挥材料的性能,使设计的结构既安全可靠又经济合理;为后续专业课的学习和从事结构设计和施工打好必须具备的理论基础。因此,在工程力学课程的教学中,培养学生的分析能力、计算能力、自学能力和表达能力尤其重要.

　　1　分析能力

　　在工程力学课程的教学中,可以从选择结构计算简图、力系平衡分析和变形几何分析等方面培养学生的分析能力。如何对实际结构进行“删繁就简”,确定其计算简图,这是工程力学计算的第一步,也是工程力学课程教学要初步培养的能力。结构计算简图的选取实际上就是建模的方法。建模法的要点是:善于抓住原型中起主要作用的因素,摒弃或暂时摒弃一些次要因素。也就是要善于分析综合,分清主次(分析),抓大放小(综合),达到简化和逼真的双重目的。简化是化繁为简,化难为易。逼真是反映原型的本质特征。逼真有形似与神似之分,形似只停留在表面现象,神似才深入到核心和本质。

　　举例来说,钢桁架的结点构造实际上是焊接或铆接,形似上更似刚结点,而采用理想铰接桁架的计算简图却反映了桁架受力的本质特征。这就是不求形似而求神似的典型。

　　图1所示梁AB搁在柱子上,受到已知荷载P1、P2作用。取计算简图时,以梁的轴线代替梁;柱子对梁的转动起不了多大的约束作用,考虑到梁的受力情况和计算简便,特定情况下,可以将梁的一端简化为固定铰支座,另一端简化为可动铰支座,为一简支梁;梁的自重简化为均布荷载q。这样的计算简图反映了结构的主要变形和受力特点,又能使计算比较简便。

　　对结构的受力状态进行平衡分析,对结构的变形和位移进行几何分析,这是结构分析中的两个看家本领,要在反复运用中加以融会贯通,逐步提高,力求达到能正确、熟练、灵活运用的水平。力系平衡分析与变形几何分析之间存在着对比联系关系。在进行力系平衡分析时,希望每建立一个新的平衡方程时,只出现一个新的未知力,这就需要对隔离体的选取方式和选取顺序进行优化。隔离体的优选规律其实很简单:根据结构的构造特征来选取隔离体。选取隔离体和去约束的过程应当与几何组成和加约束的过程正好相反,两个过程互为逆过程。概括地说就是“后搭的先拆”。应用这个规律的典型例子可例举如下: