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[!--downpath--]专业：公路与桥梁工程技术 课程：工程热工课 授课教师：**学期：2010-2011-1 学校案例家讲 日期：2010 专题一 静力学基础知识 1. 理解和掌握力、力系、刚体等概念身体, 平衡. 2、理解并掌握五个公理和两个结论（力的可传递性、三力收敛定律）。 3、掌握力矩耦合的概念和合力矩规律，正确估计力矩。 4.掌握约束的概念、几种常见的约束特性和约束反作用力的表示。 5、掌握研究对象的受力分析，正确绘制对象的受力图。 1.力的概念、力系、刚体、平衡。 2. 五个公理，两个结论。 3.几种常见的约束特性及约束反力的表示。 4. 物体的力图。 授课形式：新讲授 课时：2课时 授课前，对中学生进行了三个问题的讲解。 一是这门课程的主要内容，让中学生对这门课程有一个整体的印象； 说明本课程与专业课程的关系。 热论本身就比较枯燥，所以在教学中要注意调动中学生的学习兴趣，防止热论过于枯燥，才能起到很好的疗效。 教学内容： 课题1 静力学基础知识及结构估算图 一、静力学基本概念 1、力的概念 ※定义：力是物体间相互的机械作用，它使物体的运动状态和形变发生改变。 ※力的三要素：大小、方向、作用点 集中力：例如车辆通过轮胎作用在路面上的力。
2.力系概念定义——指作用于一个物体的一组力。 根据力系中各力的作用线分布，力系可分为平面力系和空间力系两大类。 如果两个力系作用于同一个物体，其作用完全相同，则称这两个力系为等效力系。 用简单的等效力系统（或力）代替复杂的力系统的过程称为力系统简化。 力系的简化是工程静力学的基本问题之一。 3、质心的概念：指物体在力的作用下，其大小和形状保持不变。 4、平衡的概念平衡——指物体相对于惯性参照系保持静止或匀速直线运动的状态。 2. 静力学基本公理 公理1：两力平衡公理。 作用在质心上的两个力使质心平衡的充分必要条件是：两个力大小相等，方向相反，作用线共线，作用在同一物体上（如如图所示）。 注：对于质心，内部条件是充要的。 对于变异体来说，内部条件只是必要条件。 平衡的预制构件在行动中。 例如图中所示结构的直杆AB和曲杆AC就是二力杆。 公理2：加减法平衡力系统公理。 在任何作用于质心的力系上增加或划分任何平衡力系，都不会改变原力系对质心的作用。 加减平衡力系统公理只适用于质心，不适用于变形体。 猜想一：力的传递。 作用在质心上的力可以沿它的作用线传递，而不改变它对质心的运动效果（传递效果和旋转效果都没有改变），如图所示。
因此，对于质心，力作用的三要素是：大小、方向、作用线 注：（1）力不能沿其作用线从一个质心移动到另一个质心。 (2)力传递性原理只适用于质心，不适用于变形体。 例如图(a)中的直杆(a)受拉(b)受压，在考虑物体变形时，力的损失一定不能离开它的作用点，是一个固定的矢量。 公理 3：平行四边形力定律。 作用在物体同一点上的两个力可以组合成一个合力，该合力也作用在该点上。 合力的大小和方向用原两个力矢量为邻边构成的平行四边形的对角线表示，如图（a）所示。 猜想二：三力平衡收敛定律。 质心由三个力的作用平衡。 如果其中两个力的作用线相交于一点，则另一个力的作用线必须相交于同一点，并且三个力的作用线是共面的（必须是共面的，在特殊情况下，力在无穷远处相遇——平行力系）。 公理 4：排斥和反排斥定理。 两个物体的相互作用力总是同时存在，这两个力大小相等，方向相反，沿同一直线分别作用在两个物体上。 即两种力是等价的、相反的、共线的、异质的，同时存在。 这个定理就是牛顿第三定理，不管物体是静止的还是运动的，这个定理都成立。 应该注意的是，必须区分两种平衡力以及排斥力和反排斥力。 3.力矩和质心ABO在空间力系问题中用力矩矢量来描述力的旋转作用。 其中，向量r为质心到力作用点的位置向量，如图(a)所示。
扭力矢量M(F)|=Fh=Frsinθ【例2】如图所示，已知挡土墙自重F=90kN。 试分析挡土墙是否会倒在A点附近 =－751.1－120(3－1)=－322.5kNm，所以挡土墙不会倒在A点附近。 2. 质心及其性质 质心：由大小相等、方向相反且不共线的两个平行力组成的力系。 质心矩的一般规律：当质心使物体逆时针旋转时，质心矩为正； 否则为负。 质心力矩的单位与扭矩单位相同，即Nm或kNm。 质心力矩的大小、力偶的转动方向、力偶的作用平面称为平面质心三要素。 平面质心对物体的作用效果取决于： 质心力矩的大小； 质心转向作用面质心的性质： (1) 质心不能化为力，即质心不能等价于力，也不能是力与力平衡相比，质心只能与质心平衡。 (2)质心到作用平面内任一点的力矩总是等于质心的力矩，而不管质心的位置如何。 (3) 对于作用在同一平面上的两个质心，如果两个质心的质矩相等且旋转方向相同，则两个质心是等价的。 只要质心矩保持不变，质心可以在其作用平面内（或平行平面内）任意连接，而不会改变对物体的作用。 只要质心矩保持不变，质心处的力和臂就可以相应改变，而不会影响对身体的影响。 四、约束和约束反作用力的概念 1、自由体的定义——位移不受限制的物体。 非自由体 - 位移受限的对象。
约束 - 对非自由体的个体位移的预先施加的约束。 约束反作用力——约束赋予受约束对象的力。 2、柔性约束由钢索、链条、胶水等柔性体组成的不考虑自身重量的约束称为柔性约束，如图所示。 软缆的束缚力只能是一个沿软缆中心线的拉力，作用在接触点上，方向是沿软缆远离物体。 3. 光滑面约束如果不计摩擦力的光滑平面或曲面对物体的运动构成限制，则称为光滑面约束，如图所示。 光滑接触面的约束反作用力作用在接触点，方向沿公共法线，指向被约束物体。 4.光滑圆锥铰链约束 两个预制构件A和B钻有相同半径的圆孔，用插入孔中的螺钉C连接，如图(a)所示。 不管螺母与孔壁之间的摩擦力如何，螺母对被连接物体产生的约束称为光滑圆锥铰链约束，简称铰链约束或中间铰链。 图（b）为铰链约束结构示意图。 铰链的约束反作用力作用在垂直于螺母轴线并通过丝杆中心的平面内，如图(c)所示。 一般用通过铰链中心的大小未知的两个正交分力FCxCy表示，如图(d)所示。 分力FCxCy的方向可任意为假 5、固定铰支座 将构筑物或预制构件与墙、柱、基础及其他支座连接的装置称为支座。 (a)为其结构示意图，结构图如图(b)所示。 只有一个约束反作用力通过铰链的中心且方向不定，同样用两个正交的未知分力Ay表示，如图(d)所示。
6、活动铰支座 在固定铰支座的底板与支承面之间装有若干滚轮轴，组成活动铰支座，又称滚轮支座，如图（a）所示。 图（b）为其结构图。 活动铰链支撑的约束反作用力垂直于支撑面并通过铰链中心。 常用的符号F表示作用点的位置用下标标示，如图（c）F7。 链杆两端通过铰链连接不同物体，中间不受力的直杆称为链杆，如图（c）所示。 (a) 所示。 图（b）为其结构图。 链杆对物体的约束反作用力是链杆两端沿铰链中心线方向的压力或拉力，通常用符号F表示，如图(c)F8所示。 固定端支撑和固定端支撑也是工程结构中常见的一种约束。 如图（a）所示，钢筋混凝土柱与基础整体浇筑时，柱与基础的连接端，如图（b）所示，悬臂梁预埋端嵌入外墙到一定深度就属于固定端支撑，如图(b)c)所示为其结构示意图。 固定端支撑的约束反力分布比较复杂，但在平面问题中，可以简化为一个水平反力Ax，一个竖直反力Ay，一个反质心 9. 滑动轴承 only让预制构件沿一定方向连接起来，如图（a）所示。 这些支架的约束反作用力可以分解为竖向力F和质心力矩M，估算图如图（b）所示。 五、物体的受力分析及受力图 1.受力分析 在求解热问题时，首先选择研究对象，即选定研究对象； 然后根据已知条件、约束类型并结合基本概念和公理分析其受力情况，这个过程称为对象的受力分析。
作用在物体上的力有： 主动力：如重力、风力、二氧化碳压力等 被动力：即约束反作用力 2. 力图 物体力图的主要步骤是： 选择研究对象; 带走分离的尸体； 汲取主动力量； 画出约束反作用力。 【例3】在刚性光滑外壁和刚性纵梁之间放置一个表面光滑、重力为F的锥体，接触点为A、B，如图(a)所示。 试画圆锥受力图。 解决方法：（1）选择研究对象——圆柱体（2）取孤立体画出如图（b）所示的受力图。 梁的A端为固定铰链支撑，B端为滚轮支撑，支撑面与水平面的倾角为30°。 一个集中的力作用在梁的中点 C 上，如图 (a) 所示。 如果忽略梁的自重，试画梁的受力图。 解决方法：（1）选择研究对象——AB梁（2）取隔离体，画出如图（b）所示的受力图。 管子放在杆 AC 上。 A、B为固定铰链支撑，C为铰链连接。 忽略每根杆的自重，试分别画出杆BC和AC的受力图。 解法：（1）以BC杆为研究对象，受力图如图（b）所示。 (2) 以杆AC为研究对象，受力图如图(c)所示 [例6] 三铰刚架受力如图(a)所示。 试画出杆AC、BC和整体的受力图。 不包括每个部分的重量。 解法：（1）以右半刚架杆BC为研究对象。 受力图如图（b）所示。 (2) 以左侧半刚性框架杆AC为研究对象。 受力图如图（c）所示。
(3)以整体为研究对象。 受力图如图（d）或（e）所示。 通过以上实例的分析，总结出绘制力图的注意点如下： (1)研究对象必须明确。 那就是清楚地分析出物体的受力，将分离出来的物体取出来。 (2)正确确定研究对象所受力的个数。 因为力是物体之间的相互机械作用，所以每次拉力都要清楚是哪个物体对研究对象施加的，不能突然形成，不能遗漏任何力。 (3) 应根据约束类型分析约束反力。 即约束反作用力的位置和方向应根据约束的性质来确定二力平衡知识框架图，不能主观臆断。 个别未知力的方向有时可以借助二力杆或三力平衡结合定律来确定。 (4)分析对象系统的力时要注意三点：当研究对象是一个整体或几个对象的组合时，不要在研究对象中画出对象之间相互作用的内力，只画出研究对象外面的物体对研究对象的排斥力。 在分析两个物体之间的相互作用力时，应观察斥力与反斥力的关系。 斥力方向一旦确定，反斥力的方向必然与之相反，不能再假设方向。 同样的力在不同的力图上应该是完全一致的。 同时注意在画力图时不要用力的等价变换或力的传递性来改变力的位置。 高效学习的八项学习技巧 方法一：成为天才必备的品质是远大的志向、明确的目标、刻苦的努力、持之以恒、持之以恒。
作为一名中学生，要想在学习的道路上一路高歌猛进，克服各科学习困难，在考试中脱颖而出，就必须树立远大的理想，制定明确的学习目标，着眼于可行的方向。计划好，在日常的学习中刻苦钻研，孜孜不倦，持之以恒，正视学习的艰辛，持之以恒，勇往直前，掌握一套正确的学习方法，科学合理地安排自己的时间，才能达到成功的理想彼岸。 方法二：统筹规划学习法 就像盖房子需要蓝图，打仗需要部署一样，成功有效的学习也必须制定出一套有针对性、可行的计划。 所谓统筹学习法，就是学习者为了达到一定的学习目标，根据主客观条件制定学习步骤的学习方法。 统筹学习方法包括四个方面：一是学习目标，二是学习内容，三是时间安排，四是保障落实的措施。 只有综合考虑这四个方面，才能制定出可行的方案。 同时，方案要因人因事，根据实施情况适时适度调整。 方法三：兴趣引导法 让学习变得有趣，这是成功的一个非常重要的法则。 有的朋友看似学习很努力，但对学习却提不起兴趣。 但是在这些情况下，学习效率很差，往往事倍功半，效率不高。 所以，不要只知道主动学习、光顾学习、傻学，要想方设法培养自己的兴趣。 只有将学习热情转化为学习兴趣，才能实现学习效率的飞跃。
方法四：高效学习法 作为一名中学生，谁能高效地管理时间，科学地利用时间，把握时间的脉搏，谁就能在学业上取得成功，在人生中成就辉煌。 爱时间就是爱生命，爱生活的每一部分。 谁失去了时间，谁就拥有了一切。 时间就是生命。 “人的一生只有一天：明天、今天和后天。今天早已过去，一去不复返；明天在你身边，但很快就会过去；今天即将到来，但它会消失。快点起来，一辈子只有一天！” 现在是我们人生的黄金时期，也是学习和吸收知识效率最高的时期。 我们要善于管理时间，珍惜时间，才不会浪费时间，让生活失去原本的光彩。 方法五：追根溯源学习法 学习过程是一个“疑惑-疑惑-解疑惑-疑惑”周而复始的过程。 学习要善于思考，思后疑，疑后问二力平衡知识框架图，问后知。 因此，在我们的日常生活和学习过程中，要善于思考，养成“事事问为什么”的习惯。 作为一名中学生，我们要善于发现问题，勇于挑战权威，同时真诚求教，不耻下问，不懂的问题向老师和朋友请教。 积极参加各种关于学习的聊天、讨论、学习兴趣小组，营造良好的交流平台，合作解决问题。 方法六：笔对笔学习法，又称笔记法，是一种借助于笔记的学习方式。 在日常阅读、听课、复习中，快速、及时地把有一定价值和意义的资料、知识点、问题记下来，记下来，然后整理成笔记。 这对于巩固知识、积累资料、提高学习成绩都有帮助。 意义重大。
方法七：没有计划就打所有的仗，你就输了，没有预习的作业肯定不好。 要想课堂学习高效，就必须牢牢抓住课前预习这个关键环节。 俗话说：“事事可先立，不可预见可弃”。 “预测”意味着计划。 预习是指中学生在班主任授课前阅读课本及相关内容，为新课做必要的知识准备。 我们在预习的时候，要对全书内容有个大概的了解，想重点，找难点，讲究方法，提高预习的主动性和针对性，养成良好的预习习惯。 方法八：在高中生的日子里，大部分的学习时间都是在课堂上度过的。 在短短十几年的时间里，每个中学生几乎都接受并继承了人类几千年积累的知识中最基本、最本质的部分，可见课堂学习的重要性。 一个中学生学习的好坏，成绩的高低，关键在于课堂学习。 充分利用每节课的45分钟高效学习，对提高学习质量有着巨大的影响。 专家认为，要想听好一节课，课前必须在身心、知识、材料等方面做好充分的准备，力争做到上课“五要”，即耳、眼、口、心、心。 亲自动手； 专心，专心思考，与老师同步思考。 同时，在课堂上敢于发言，积极参与讨论，有机会多做、多练习、多做笔记，能够有效地掌握课堂，让课堂成为自己学习的主战场。