第二章 杆件的内力.截面法(第1、2、3节)
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截面法求杆件的内力教学目标:1、理解和掌握求杆件内力的方法——截面法;2、熟练运用截面法求不同杆件受到拉伸时的内力。
教学重点:截面法求杆件内力的步骤。
教学难点:如何运用截面法求内力的方法解决工程力学中求内力的实际问题。
教学方法:提出问题——实例演示——练习点拨——归纳总结教学过程:一、复习旧知1、杆件有哪几种基本变形?2、拉伸和压缩的受力特点是什么?3、拉伸和压缩的变形特点是什么?二、新课讲解思考:当杆件受到拉伸、压缩时,就会在杆件内部产生力的作用,怎样才能确定杆件的内部会产生多大的力?(引出课题)出示本节课的学习目标。
(一)、教学什么是杆件的内力?内力:杆件在外力作用下产生变形,其内部相互间的作用力称为内力。
一般情况下,内力将随外力增加而增大。
当内力增大到一定限度时,杆件就会发生破坏。
内力是与构件的强度密切相关的,拉压杆上的内力又称为轴力。
(二)、教学截面法求杆件的内力。
1、什么是截面法?截面法:将受外力作用的杆件假想地切开,用以显示内力的大小,并以平衡条件确定其合力的方法,称为截面法。
它是分析杆件内力的唯一方法。
2、实例演示:如图AB 杆受两个力,一个向左,一个向右,大小均为F 。
作用点分别为A 和B 。
①、确定要截开的次数和位置(要根据杆件的受力情况而定) ②、选取一半截面为研究对象(一般选取受力较少的一段作为研究对象)③、假设出截面上的内力(取左段内力向右设,取右段内力向左设,方向跟坐标轴方向一致,左负右正、下负上正)④、用平衡方程求出截面上的内力(求出的内力为正值为拉力,负值为压力)取左段 ∑Fx=O -F +FN =0 取右段 ∑Fx=O F -FN =0FN =F FN =F 3、总结截面法求杆件内力的步骤:(1)截:在需求内力的截面处,沿该截面假想地把构件切开。
(2)取:选取其中一部分为研究对象。
(3)代:将截去部分对研究对象的作用,以截面上的未知内力F F N来代替。
(4)平:根据研究对象的平衡条件,建立平衡方程,以确定未知内力的大小和方向。
杆件在外力作用下产生变形时,其内部产生的相互作用力称为内力。
内力随外力的增大而增加,但内力的增加是有一定限度的,超过某一限度,杆件就会被破坏。
2.截面法①概念:将受外力作用的杆件假想地切开用以显示内力,并以平衡条件来确定其合力的方法,称为截面法。
②用截面法求内力的步骤截面法是分析杆件内力的唯一方法。
一般可分为“截、取、代、平”四个步骤:a.截:在需求内力的截面处,沿该截面假想地把构件切开;b.取:选取其中一部分为研究对象;c.代:将去掉部分对研究对象的作用以截面上的内力来代替;d.平:根据研究对象的平衡条件,建立平衡方程,以确定内力的大小和方向。
3.轴力和轴力图(1)轴力:由于内力的作用线与杆件的轴线重合,故内力也称轴力。
轴力的符号规定:当杆件受拉伸时,即轴力背离横截面时,取正号;反之,当杆件受压缩时,即轴力指向横截面时,取负号。
(2)轴力图:为了表示轴力随截面位置的变化情况,取平行于杆轴线的x轴的坐标表示横截面的位置,再取垂直于x轴坐标表示横截面的轴力,一般把正的轴力图画在x轴的上方,负的轴力图画在x轴的下方,这样会出的线图称为轴力图。
注:截面上的内力是分布在整个截面上的,利用截面只能求出这些分力的合力。
(3)例题:如图示等截面杆,A、C、B点分别由F1=10N,F2=30N,F3=20N三力作用而平衡,求杆的轴力。
解:由于杆上有三个外力,因此在AC段和CB段的截面上将有不同的轴力。
(1)求截面1—1上的轴力①沿1—1截面假想把直杆切为两部分;②取右端为研究对象;③在截面上以F N1轴力代替舍去部分对研究部分的作用;④对研究对象列出平衡方程式∑F x=0 F2-F3-F N1=0F N1=F2-F3=(30-20)N=10N(2)用上述方法可以求出截面2—2的轴力F N2=-20N注:解题时不论选取那一部分为研究对象,都可得到同样的结果。
三、小结通过本节的学习,同学们应:1.掌握材料的基本变形形式。