力学分析的方法范文

时间:2023-12-07 01:14:10

力学分析的方法

力学分析的方法篇1

关键词:高中物理 力学综合体 解题技巧 分析

在高中学习中,对于理科生而言,物理学是一门极其重要的学科,其在理综中占比分数最高,同时对于多数学生而言,其难度也是最大的。在高中物理学习中,力学是内容最多也是高考分数占比最高的部分,其在综合题中通常为第二道或者第三道,难度较大。对于我们高中生而言要提升物理成绩,就必须攻克力学综合题。文章立足于高中物理教学中的力学教学大纲对于学生的能力要求,结合实际学习解题中的经验,提出了一些有效解题高中物理力学综合题的技巧,以下是具体内容。

一、 强化审题,找出隐藏信息

在综合题解题中,通常而言综合题的题目一般字数很多,同时图片也十分复杂,因此要作对这道题,首先我们需要注意审题环节,在物理力学综合问题中对于审题阶段而言,值得我们格外的注意,尽量不漏下任何一个条件,同时还要能找出题目中所隐藏条件,进而深化题目理解,提升解题效率。通常而言高中物理力学综合问题,都会设置一定的情景,甚至有时还会和生活有所联系,因此在审题过程中要注意边审题边在题目中进行重要信息的标注,挖掘题目中没有直接表述但是对解题有帮助的隐含条件,并将获得信息加以罗列分类,帮助解题进入正确思维之中。

例如高中物理力学综合题中最为常见的题目设置情景为,一个或者多个物体,它们会发生相撞,或者相互之间存在某种应力,并且这些都会有一个变化的过程,这时就需要我们首先物体受力情况的细致分析,同时必须注意的是受力分析时要深化审题,找到题目中的明显信息和隐藏信息挖掘并标注,判定物体整体为受力情况还是部分受力情况,进而画出不同参考背景下的受力分析图。具体而言审题中需要注意以下3点:1.对于力学综合题而言,物体通常会处于运动中,这是就需要具体分析物体的运动形式,静止还是均速直线运动,还是变速运动,还要考虑到运动相π裕2.下一步便是明确物体受力情况,分析物体具体受到的外力个数,外力方向;3.如果物体受力情况十分复杂,可以从从整体上考虑,列出相应的受力方程式,逐一进行单个物体受力分析,确保物体的受力分析正确。

二、巩固基础,做好受力分析

对于任何一门学科而言,基础知识牢固都是提高分数的基础,对于物理力学综合题而言也同是如此。力学公式、受力分析这类基础性知识,需要我们熟练掌握。对于一些概念和定理除首先要记住文字描述,同时还需要深化理解其所内涵的意思,尽量减少解题中一些定理、概念上的失误。在物理力学综合体的解题中十分重要的一个步骤便是做好受力分析图,巧用受力分析图,对于每一位学生而言都是必须掌握的物理综合题的解题技巧。通过受力分析图我们可以清楚地认出题目中研究对象的运动情况、受力情况以及找到解题突破点。以下以一道实际物理题进行讲解。

题1:如图(图1)所示,在间距为4米的两垂直杆之间系有一根长为5米的无弹性绳子,两端点分别为A、B,在绳子之上悬挂有一光滑且轻质的挂钩,当挂上重量为12N物体时,两杆平衡,问此时的绳子的张力T值。

在对该题解答时,首先需要挖掘题目中的隐藏条件,进而对受力物体做出正确受力分析,画出相应的受力分析图,最后采用方程式进行解答。在本题以挂钩作为研究对象,分析其受力情况做出图2受力分析图。

绳子在水平角度存在一定的夹角,设其为α,根据受力图显示,以及受力平衡的条件可知2Tsinα=F,同时F为已知量,进而根据绳子长度进行数学几何分析可知sinα=0.6,因此计算出T为10N。

三、采取合理的解题规律,制定解题方案

在近几年的理综考试中,物理部分的力学综合体一般只有一道,但是分值一般都是最大的,因此对于学生而言,要提升成绩就必须学好这部分。在物理力学综合题的解题中,首先需要通过对物理题目中运动状态的分析,对其动态过程进行分析,进而结合解题的规律,找出最为合适的解题方案。对于同一题目的,同于物理过程进行分析时,可以从不同的角度的进行分析,进而寻找出最为合适的解题途径。例如:对于很多的力学综合题而言,很多题使用牛顿定律可以解题,同时使用动能定理、动量定理也能解题,但是一般而言使用动能定理、动量定理解题相对更为简单。通常情况下学生要实现力学综合题解题时,快速找出最佳的解题途径最为有效地解题措施,为通过大量的习题练习以及在练习之后的规律归纳总结。

四、结语

综上所述,高中物理力学学习对于我们学生的高考而言是十分重要的,需要在学习中对其难点、重点都给以重视,进而有效提升高中物理力学综合题的解题效率和正确率。找出隐藏信息、巩固基础,做好受力分析、采取合理的解题规律,制定解题方案。三种高中物理力学综合题的解题途径,在实际应用中有很好的效果,值得广大高中生在学习物理力学时充分的使用。

参考文献:

[1]曾芳.高中物理力学综合题解题方法的分析研究[J].数理化学习(教育理论),2013,(03).

[2]郑上郭.探究高中物理力学综合题解题技巧[J].数理化学习(教育理论),2013,(04).

[3]刘奇煜.高中物理力学综合题解题技巧探究[J].中学生数理化(尝试创新版),2014,(06).

力学分析的方法篇2

关键词:受力分析;平行四边形定则;作用点

高一学生学习第一、二章的运动以及运动的规律时,还能勉强跟得上老师上课的节奏,到了学习物体的受力分析时,有部分学生就感觉学习物理很吃力了。

困惑一:物体前进的方向一定有个力

学生在进行受力分析时,没有去找每个力的施力物体,往往凭感觉认为物体往哪个方向运动,在这个运动的方向一定有一个力作用。

例1.足球运动员已将足球踢向空中,如图1所示。图2是描述该足球在向右上方飞行过程中的某时刻的受力分析图,其中正确的是(G为重力,F1为脚对球的作用力,F2为空气阻力)( )

很多学生认为选项D正确,是认为足球向右上方飞行时,在这个方向一定有力的作用,这个力是学生凭空想象出来的,它是没有施力物体的,这个力是不存在的。重力的施力物体是地球,阻力的施力物体是空气。由以上分析可知,B选项是正确的。

解决方法:首先高一的学生在学习各种力时,一定要知道各种是怎么产生的,各种力的施力物体是哪一个。高一学生在进行受力分析时,要指出每一个力的施力物体,指不出施力物体的这个力是不存在。这样就避免了学生在物体的受力图上多画力。如竖直上抛的物体在空中并不受向上的“推力”,刹车后靠惯性滑行的汽车并不受向前的“冲力”。

困惑二:研究对象不明确,混淆施力物体与受力物体

物体之间的力是相互的,甲物体对乙物体有力的作用时,同时乙物体对甲物体也有力的作用,施力物体同时也是受力物体,有些学生在进行受力分析时,混淆施力物体与受力物体,将受力物体所受的力也画在了施力物体上。

例2.如图3所示静止在斜面上的A物体,A受到的作用力有

( )

A.重力、斜面对A的支持力

B.重力、斜面对A的支持力、物体A对斜面的压力

C.重力、斜面对A的支持力、斜面对A沿斜面向上的摩擦力

D.重力、斜面对A的支持力、物体A对斜面的压力、斜面对A沿斜面向上的摩擦力

解认为选项B或D正确,是混淆了施力物体与受力物体,现在的研究对象(受力物体)是A物体,而A对斜面的压力是作用在斜面上,这时A是施力物体,而不是受力物体。

由以上分析可知,C选项是正确的。

解决方法:首先要确定好研究对象,在分析被研究对象的受力情况时,要把它从周围物体中隔离出来,分析周围有哪些物体对它施加力的作用,这样就不会把研究对象对周围物体的力画在了研究对象上。

困惑三:只要相互接触的两物体间一定有弹力

弹力的产生是发生形变的物体,由于要恢复原状,对与它接触的物体产生力的作用。弹力是接触力,弹力只能存在于物体间的,但相互接触的物体一定要相互挤压、发生弹性形变,两个条件缺一不可。弹力的方向总是与物体形变的方向相反,支持力的方向总是垂直于接触面指向被支持的物体,压力的方向总是垂直于接触面指向被压的物体。

弹力虽然发生在接触处,但在接触的地方是否存在弹力、方向如何学生却难以把握,有些学生在受力分析时,认为只要有接触就一定有弹力。

例3.如图4所示,小球A系在竖直拉紧的细绳下端,球恰又与斜面接触并处于静止状态,则小球A所受的力是( )

A.重力和绳对它的拉力

B.重力、绳对它的拉力和斜面对它的弹力

C.重力和斜面对球的支持力

D.绳对它的拉力和斜面对它的支持力

解有的学生认为B选项对,就是认为只要有接触就有弹力,从图4可知,A球与斜面接触,但没有挤压,它们之间没有弹力。

由以上分析可知,A选项是正确的。

解决方法:两接触物体间是否存在弹力,可以用“假设法”或“拆除法”。如例3中,假设小球与斜面间有弹力,小球受力就不可能平衡,所以弹力不存在。“拆除法”就是去掉与受力物体接触的物体,看受力物体能否保持原来的状态,能保持状态不变的,则说明此处弹力不存在的,若改变了原来的状态,则说明弹力存在。

困惑四:画不出规范的受力分析图

很多学生上课看老师在黑板画受力图,用力的合成或力的分解去解题时,觉得很简单,但自己做作业画受力图时,就会画错,一旦画错图就没办法正确解题。

例4.如图5,对放在斜面的物体进行受力分析,用力的合成法求挡板和斜面对A球的支持力。

解有些学生画出图,如图6,先分析出档板与斜面对小球A的支持力F1与F2再按平行四边形定则作出合力F,这样就没办法用几何知识求F1、F2与重力G的关系。正确的做法是先确定F1、F2的合力是与G等大反向的力,再适当调整F1、F2的大小。如图7。

解决方法:结合研究对象的运动情况,如果物体受几个力而平衡,那么其中一个力与剩下的所有力的合力一定等大反向。如例4,先用虚线作出两弹力的方向,再作出两弹力的合力F的大小和方向(与重力等大反向),最后通过平行四边形定则确定F1与F2的大小。

最后,高一学生在学习受力分析是循序渐进的过程,这一关高中学生一定要通过,这为以后高中物理的学习打下了坚实的基础。所以受力分析应注意:受力分析时首先要确定研究对象,即根据题目要求弄清楚哪一个是受力物体,然后采用“隔离法”分析其他物体对研究对象的作用力。再按照先重力,然后环绕物体一周找出研究对象接触的物体,并逐个分析这些物体对研究对象的弹力和摩擦力。画物体受力图时,如果没有特殊要求,画示意图即可。画力的示意图时,力的作用点可沿力作用线移动,即在高中阶段物体受到的多个力的作用点可以平移到同一个点上,一般为物体的重心处。

参考文献:

力学分析的方法篇3

关键词:控制因素;冻土;力学性质

1 概述

我国占据世界冻土面积的23%,在东北大小兴安岭地区、西部青藏高原地区和天山地区分布着丰富的冻土资源。随着经济基础建设和国防事业的推进,我国对东北和西北等边疆地区开发的加剧,我们面临着冻土给工程建设带来的巨大挑战,因此,在@些地质条件严酷的冻土地区施工开发时,必须冻土的作用机理、病害问题和保护措施进行充分的认识,并确保解决问题措施的可行性与可靠性,进而保证建设的建筑物或结构的安全性和稳定性。

众所周知,冻土体的结构非凡复杂,包含不同粒径的土颗粒,水分,气体成分和冻结的冰晶体,这种复杂的构成成分也导致了冻土各方面的差异性与不确定性,在宏观上主要表现为物理力学性的差异。许多试验研究表明,土颗粒的级配,含水率,土中含盐分多少,含冰量(及未冻水含量),冻融作用,加载时间,添加剂等都对冻土的物理力学性质产生影响。本文要总结前人通过对不同影响因素条件下对冻土的物理性质和力学性质进行总结与分析,并为未来的发展趋势提出一点见解。

2 不同影响因素对冻土的物理力学性质的影响分析

2.1 温度和含水率对冻土物理力学性质的影响

在一定条件下,温度和含水率对冻土的物理力学性质的影响主要是温度控制的,含水率对冻土力学性质的影响相对起辅助作用。非冻土中,其他控制条件一定时土的强度指标随着含水率的增加先增加后减小,在温度的作用下,随着温度的降低,土的强度指标表现为一定负温范围内随着含水率的增加冻土的强度先增加后逐渐接近于某水平直线[1,2]。因此,冻土的强度指标主要取决于温度,又受含水率的钳制。

2.2 含盐量对冻土力学性质的影响

含盐量对冻土的力学性质的影响主要是通过可溶性无机盐离子对水分子的作用力产生的。试验表明一定条件下冻土的静力学强度随含盐量的增加而先增加后减小[3],冻土的动力学强度围压一定的前提下随温度和含盐量的增高塑性破坏越明显[4]。大量研究表明,含盐量对冻土的强度的影响是一致的,其他制约因素不变情况下随含盐量的增加而降低。但是盐分对冻土的强度作用机理还缺乏研究,这一方面还值得我们进一步研究,这样可以综合分析不同盐分对冻土强度的影响。

2.3 围压的影响

围压作用对冻土强度的发展变化主要是围压对冻结水和微裂隙的影响[5]。围压的存在为单元土体的侧向面提供了约束作用,由此推可知,侧向作用力的存在可以是被动约束力也可以以主动作用力的形式存在,这取决于单元体的铅直作用力与侧向作用力形成的力学体系。低围压条件下,试验试件主要表现为被动约束,高围压表现为主动作用。因此,大量的研究表明,在单一围压情况下,处于低围压情况时,冻土的强度随围压的增加而增大[5,6],在高围压条件下,出现压融现象使冻土的强度开始降低[7],存在围压转折点。不同土类的围压转折点也不尽相同。

2.4 冻融循环作用

我国的季冻区分布及其广泛,对土体冻融循环作用的研究是迫在眉睫。含水率极低时,冻融循环作用几乎对土体的强度不会产生较明显的影响,随着含水率的增加,土中水分在温度变化的作用开始迁移和冻胀,使得原有土体的结构排列发生明显的改变,且各组分(如颗粒粒径、化学成分等)也随之增加或减少,含水率越高,经历冻融循环的次数越多,结构变化也越复杂。因此土体在经历冻融循环后土体的内部宏观结构和组分含量发生了明显的变化是引起冻土强度性质的关键问题。

2.5 不同类土

在自然状态下,不同类的土体在相同的外界条件下表现出的物理力学性质也千差万别。不同类的土主要包括碎石土、砂土、粉土、粘性土、淤泥质土、膨胀土、湿陷性黄土、改良土、污染土。根据大量的试验和实践,天然土的力学性质主要是由天然固结度、含水率、密实度、颗粒级配和冻结温度决定的,改良土主要取决于添加的改良剂性质,添加剂的存在可以改变土体间的结构。而在冻土中不同类的土体的力学性质几乎也依赖于天然土力学性质的决定条件,但对温度的敏感性更大。

3 新方法和理论在冻土物理力学性质研究的应用

新方法和理论是区别于传统冻土力学研究的方法,结合现代新的数学理论、信息和工业技术,如概率统计法、模糊数学法、数值模拟、无损探测等,对冻土的物理力学性质的研究更加趋于精细化和微观化,确定冻土中各组分间的相互作用关系和对冻土性质影响的程度的关系。国内学者已利用概率统计方法对不同因素的交互作用下的冻土强度进行了研究[8]。并将概率与数理统计理论应用到高温冻土的长期强度和蠕变的计算,得到冻土的长期强度和蠕变方程的参数的描述方程[9]。还有学者应用灰色关联理论分析了不同因素对冻土强度的影响,最后得出温度与冻土的强度的关联度最大[10]。王大雁等[11-12]利用UVM-2型声速测定仪对不同土类进行研究,建立超声波速与温度和未冻水含量的关系式,还可以根据纵横两波波速的比值来判定土的类型。相对传统实验来说,利用超声波来判定土层比较先进,比较快捷的,减少了人的操作量,对土层也是无损的,这种方法对将来的地质勘察具有很大的发展潜力。土的特性(各向异性等)也不断促使新的数学理论和无损探测方法的发展。

4 结束语

(1)大多学者都认为在其他因素不变的情况下随温度的降低冻土的强度升高,这是普遍的看法。其他影响因素的对冻土的强度几乎都依赖于温度的变化。但基于微观理论下,各控制因素的作用机理还尚待进一步考证。

力学分析的方法篇4

关键词 职业核心能力 培养 教学方法

以职业核心能力为主体、职业价值观为内核的综合素质是求职竞争的重要条件 ;职业核心能力是入职发展的基本动因和依托;职业核心能力和正确的价值观是晋职成功的内核所在。

一、高职学生职业核心能力的培养主要通过三个途径:

一是开设专门的职业核心能力培训课程。如开设与人交流能力、与人合作能力、解决问题能力、自我学习能力、信息处理能力等课程,有针对地对学生的各项核心能力进行训练;

二是在各种课程的教学中渗透职业核心能力的培养。主要是采用先进的教学方法,如项目教学法,情境教学法等,在教学过程中,以学生为主体,创设项目或问题,让学生分小组协作,通过讨论,查阅资料,解决疑问等方法共同完成任务,并正确评价完成过程和最终作品。通过这种教学过程,培养了学生的交流能力、合作能力、解决问题能力、信息处理能力、自我学习能力等各种核心能力。

三是充分利用团学组织、学生社团开展丰富多彩的学生活动,搭建学生自我展示、自我发展的平台,以此促进职业核心能力的培养。学生的活动应充分利用各级学生组织开展,从班级到专业,到系,到学院。不同级别活动的参与人数和达到效果都不同。从活动的数量上来说,应该成为一个金字塔形式:班级活动次数最多,学院组织活动最少。这样既可以最大限度的让全院每个学生都能参与到活动中来,体现了素质教育的全面性,又能要让一部分有特长的学生在更大的舞台上展示自我,拓展能力。

职业核心能力培训的教学宗旨是:以职业活动为导向,以职业能力为本位。必须通过职业活动(或模拟职业活动)过程的教学,通过以任务驱动型的的学习为主的实践过程,在公平下的知识和理论指导下,获得现实职业工作需要的实践能力。职业核心能力的培训不同于一般理论知识或理论系统的教学,其教学目标不在于掌握核心能力的知识和理论系统,而在于培养能力。

职业核心能力课程的教学方法

1.核心能力培训课程的教学要体现以下原则:

第一,教学目标反映能力本位的主导性。要强调培训课程以培养完成任务和解决问题的实际能力为目标,整个课程要突出以工作现场为条件,以实际任务驱动,或采取项目贯穿始终的动手能力训练,以能力点为重点,不追求理论和知识的系统与完整。

第二,教学形式的拓展性。要能在各种工作场景或环境中开展教学。

除专题讲授外,核心能力的培训还应贯穿在各种课程模块之中,贯穿在各种课外活动、生产实习和各种社会实践活动之中。

第三,教学组织的多样性。要实现专题性教学和渗透性教学相结合,多渠道、多形式地培养培训。

第四,教学过程的针对性。学习者的能力在不同模块项中会有强弱的差别,即使在同一模块项中,对各能力点的掌握程度也会有高低的不同。因此,对学习者来说,已经具备的能力点不必重复学习和训练。

2.教学的基本方法:行动导向教学法

核心能力培训除了必要的程序性知识传授之外,大量需要的是通过实践活动进行行为方式的训练。因此,核心能力培训主要应遵循行动导向教学法的理念和方法。

行动导向教学法是以职业活动的要求为教学内容,依靠任务驱动和行为表现来引导基本能力训练的一种教学方法。

行动导向教学有很多方法,其中最适用于核心能力培训的方法有项目教学法、角色扮演法及案例教学法等。这些教学方法主要是通过行为目标来引导学生在综合性的教学活动中进行“手--- 脑---心”全方位的自主学习。在这种新的教学方式下,教学目标是一个行为活动或需要通过行为活动才能实现的结果,学习者必须全身心地参与到活动的全过程中去才能实现教学目标。因此,在整个教学活动过程中,学习者是主角,参与是关键,教师只是教学活动的主持人,其责任是通过项目、案例或课题的方式让学习者明确学习目标,在教学过程中控制教学的进度和方向,根据学习者的表现因人施教,并对学习效果进行评估,从而指导学习者在专业学习和技术训练的过程中全面提高综合能力,即核心能力的素质。

3.教学的基本程序:OTPAE五步训练法

能力的训练需要有科学的方法,要通过有效的程序达到真实有效的效果。根据行动导向教学法的理念,参考国内外先进的职业教育和企业培训的模式,经反复研讨,设计了一个新型的“目标-任务-准备-行动-评估五步训练法”,即“OTPAE科学训练程序”,在每个能力点的训练中,均按照下列五步训练法组织 教学和训练:

(1)目标(Object):是依据核心能力标准将本节训练的活动内容和技能要求作具体解释和说明。呈现本节特定的学习目标,以使学习者明确学习内容,确认自己学习行动的目的。

(2)任务(Task):是对该能力点在实际工作任务中典型状态的描述和意义的呈示。通过列举活动案例,分析能力表现形态,让学习者形成基本认知;并通过该能力点运用的意义阐述,形成学习者的学习动力。

(3)准备(Prepare):是对理解与掌握该能力点“应知”内容的列举和说明。知识是能力形成的基础,掌握必须的基本知识以及能力形成的基本方法、程序,是提高能力训练效益的重要前提。

(4)行动 (Action):是以行动导向教学法组织训练的主体部分和重点环节。立足工作活动过程,采用任务驱动、角色扮演、案例分析等教学方法训练能力点。它是示范性和写实性的,是能力培训的落脚点。

力学分析的方法篇5

P键词:高中数学;运算能力;组成;培养方法

高中数学运算能力不再局限于简单的数据计算,主要侧重于强调学生根据有关的定理、法则、公式等进行正确的运算与变形的能力,分析题目的已经条件,挖掘隐含条件,寻求更加简捷的运算方法。数学运算求解的能力,对学生能否学好数学学科有着决定性的影响。当前高中生在数学运算方面有着诸多的问题,比如,运算速度较慢、正确率不高,盲目地套用公式,运算求解的步骤不够规范等。基于此,如何才能有效地提升高中生的数学运算求解能力,是值得进行深入探讨的问题。

一、高中数学运算能力的组成

(一)挖掘题目中隐含信息的能力

充分地挖掘数学题目的已知条件与结论中所隐含的信息,从而寻求较为简捷的数学运算办法。根据有关数据研究显示,学优生之所以能够快速、准确无误地得到运算的结果,在于其对题目信息的深入挖掘能力较强。举例说明如下:

二、高中数学运算能力的培养方法

(一)掌握常见的数学运算技巧

加强对一些比较重要的公式、数据变换、法则等的记忆,比如20以内数的平方数,10以内数的立方数,常用的勾股数、三角函数值等,以及重要的恒等变换与结论,如常见图形的周长、面积、体积公式等,引导学生运用理解性记忆法,并掌握公式、法则的适应条件。

日常解题训练中,加强学生优化运算方法的掌握,加大一题多解、简便算法等类型题目的练习,并注意归纳题目中的运算技巧,对于较为复杂的式子运算,一般先做简化的处理,再求值,可以运用提公因式、抵消等方法化简,或者运用整体思想,将式子整体代换。

(二)引导学生整理习题集、错题本

引导学生注意对解题经验的积累,对遇到的典型题目,整理到习题集中,并时常翻看、巩固,熟悉类似题型的解题思路。养成整理错题的习惯,将较容易出错的习题收集、整理,避免在同一问题上重复出错。随着时间的流逝,对于不常用的知识点可能出现遗忘,通过习题集、错题本的提醒,可以快速将遗忘的知识重新拾起,不断地提醒,逐步形成长久性的记忆。教师可以定期让学生展示自己的习题集成果,让学生以此为傲,勉励学生长久地坚持下去,终会从中受益匪浅。

(三)加强学生良好解题习惯的培养

“习惯不是最好的仆人,就是最坏的主人。”只有养成良好的学习习惯,才能形成较强的综合优势。学习需要学生具备良好的心理状态、专注程度、意志等。在高中数学的课堂教学中,教师要对学法的指导予以高度重视,指导学生进行预习、在课前通过自学将基础性内容掌握牢固,在课堂上重点突破重难点内容,归纳所涉及的运算方法与技巧,使所学的知识更加系统化、专题化、条理化。教师指导学生养成规范运算、解题的习惯,审清题目、寻求最优的解题方法,再着手去运算,切忌粗心马虎,看清数学题目中的数字、符号,并在可能的情况下,对运算的结果进行验证。

力学分析的方法篇6

关键词:大跨度钢结构;施工过程;向量式有限元;张拉索单元;千斤顶单元

中图分类号:TU311.4;TU393.3 文献标识码:A

文章编号:1674-2974(2016)03-0048-07

早期的施工力学问题主要存在于桥梁[1-3]和高层建筑[4]中,随着大跨空间结构、复杂结构的蓬勃发展,结构施工的周期和复杂性都大大增加,而且施工过程与结构最终成型状态关系更加密切,施工力学问题在大跨度钢结构中受到了充分的重视,但国外在大跨度钢结构施工力学问题方面公开发表的文献较少[5-6].国内对施工力学的研究则主要基于时变力学理论[7],将施工过程离散为若干施工阶段进行分析,常采用生死单元法和分步建模法[8],将连续的施工过程进行离散化求解.生死单元技术采用一次性建模,然后按照实际施工步骤逐步“杀死”或“激活”单元来模拟整个施工过程结构的受力及变形状态,避免了单元网格的重新划分,只需建立一次整体模型,但其缺点是单元被激活后可能发生漂移而与实际的安装位形不符,出现较大偏差甚至求解不能收敛;分步建模法是按照施工步骤边建模边求解,可精确控制施工过程中构件的安装位形,不存在生死单元技术由于“死”单元的“漂移”而导致刚度矩阵病态的问题,其缺点是每个施工步骤都需导入上个施工步分析的应力状态作为本次分析的初始应力状态,重复建模.而且传统有限元方法在大变形、大变位等这类施工过程中经常涉及到的非线性问题求解方面往往存在较大困难.

向量式有限元[9-11]是一种基于动力学求解的数值方法,它从传统的牛顿力学出发,建立起一套完整的理论.此方法可以应用于所有符合牛顿定律的力学问题求解,不需求解联立方程组,不存在非线性求解的收敛问题,尤其适合于动力问题.国内已有部分学者将其引入到结构分析中[12-16],可以完成诸如大变形、大位移,甚至是刚移等一系列非线性分析.本文利用向量式有限元理论计算与时间的依存性,进行大跨度钢结构施工力学分析,为大跨度钢结构的施工力学分析提供了一种新的手段.

1 向量式有限元概述

向量式有限元的理论构架不同于经典结构力学,选择了一组不同的概念描述和简化假设.在向量式有限元基本理论中了传统结构力学中的一些简化假设,例如刚性杆件、运动和变形的分解以及路径独立的过程和静态解,杆件的变位量和变形量是没有限制的,而把时间也作为分析的一个变量来考虑.因此,向量式有限元能够考虑运动进行的全部过程,处理作用力和操作环境持续变化的真实状况.同时,向量式有限元引入了数值计算方法,避免了多层次的迭代计算,求解过程中不形成刚度矩阵,因此不仅能够方便地处理大变形、大变位等几何非线性问题,也能够处理材料非线性和状态非线性等不连续行为.

1.1 求解过程

根据牛顿第二定律,对于每个质点有:

2.2 千斤顶单元

大跨度钢结构在安装过程中采用支撑胎架,为便于卸载,一般使用千斤顶作为临时支撑与结构之间的连接,千斤顶在卸载施工中有较大的承载能力,且便于控制.基于千斤顶工作中受压而不受拉的特点,可采用与张拉索单元类似的模拟方法,建立千斤顶单元的内力计算公式.不同的是,千斤顶单元只能受压不能受拉,因此,当fA2B2>0时,E0=0.

3 大跨度钢结构施工力学分析

施工力学分析方法主要包括有限单元法、时变单元法和拓扑变化法等.时变单元法是指离散网格不变,通过单元大小的变化来实现求解区域的变化,但存在数值积分稳定性问题.拓扑变化法应用拓扑学原理用数值手段实现求解区域的变化,但要求时变次数不能太多,否则计算效率不高.有限单元法因为理论成熟,易于程序化,得到了广泛的应用.但对于大变形、大变位甚至刚移等非线性过程的求解往往很难收敛.本文采用向量式有限元方法,可根据实际施工顺序通过确定新增单元或节点,直接建立新增构件加入初始模型进行分析.由于向量式有限元求解本身即为动态求解过程,因此不需调整参数,真实模拟实际施工顺序,跟踪受力和变形过程.

3.1 算例1

如图3所示的悬臂梁结构,分为4段施工,仅考虑自重荷载,后续构件的安装按照切线的方式进行.悬臂梁截面规格为H1400 mm×500 mm×10 mm×22 mm,材料弹性模量为2.06×105MPa,密度为7.85×103 kg/m3.

采用大型通用有限元软件ANSYS中的生死单元法和本文方法分别计算各阶段节点挠度,结果如表1所示.考虑在施工过程中,两者均按照切线方式进行下一步施工,对比生死单元法和本文方法可知,两者结果相差不大,这表明本文方法是有效的.

3.2 算例2

如图4所示两端为铰支座的索桁架初始态,拉索均为无应力长度,粗实线表示钢拉杆Φ102 mm×6 mm,弹性模量2.06×105MPa,细实线为拉索Φ20,弹性模量1.6×103 MPa,密度均为7 850 kg/m3,不考虑自重影响.通过张拉AD和CD两根拉索对索桁架进行预应力张拉,直至最终态(见图5).

建立向量式有限元模型,其中杆件BD采用杆单元,拉索AB和CB采用索单元,拉索AD和CD采用张拉索单元.对拉索进行张拉有两种模拟方式:一是设置阻尼系数,采用拟静力分析的方法,拉索长度一次变更到原长,忽略拉索长度变化及预应力建立的过程,得到最终成形状态;二是设阻尼系数为零,采用动力分析的方法,拉索长度以一定的速度逐渐变化至原长,这样可以跟踪模拟预应力在整个结构中建立的过程.

图6和图7分别给出了采用这2种方法得到的单元内力和节点竖向位移时程曲线,其中阻尼系数为0时,拉索提升速度为4.06 mm/s.

由图6和图7可知,当阻尼系数为20时,拉索原长突变,内力和位移曲线均产生振动,但随着阻尼力的作用逐渐趋于最终结果;当阻尼系数为0时,因为拉索原长以缓慢的速度变化,产生的振动较小,而内力和位移均缓慢增加,最终也达到了平衡状态.算例表明,采用两种方法得到的最终结果是一致的,内力为6 933.4 N,竖向位移为250 mm,且与理论解一致.

4 工程实例

南京水利科学研究院河口海岸深水航道试验大厅屋盖采用大跨度张弦桁架结构体系,跨度达119.8 m,上部钢屋盖支承于下部型钢混凝土框架柱,一端简支一端滑动(图8).屋盖由18榀张弦桁架组成,单榀桁架采用倒三角截面立体管桁架形式,矢高7 m,垂度5 m,总高12 m;下弦拉索采用PES7-163缆索,弹性模量1.95×1011MPa,施加预应力1 190 kN.根据工程特点及施工条件,采用单榀桁架带胎架张拉,支撑胎架与桁架之间通过千斤顶连接,支撑胎架卸载后,桁架沿轴向累积滑移技术进行钢结构安装.支撑胎架采用2.0 m×2.0 m格构式标准节,高22.0 m.立杆采用L152×6,横杆采用L75×6,斜杆采用L100×6,柱顶连梁采用I20a,如图9所示.

根据实际施工过程,首先在胎架上拼装上部刚性管桁架,然后挂索并进行张拉,利用向量式有限元可以首先将拉索的弹性模量设为零,分析上部管桁架自重作用下的受力状态,然后改变索长进行张拉模拟.由于本工程为单榀张拉施工,本文对钢结构屋盖端部的第一榀张弦桁架施工张拉过程进行模拟分析,跟踪结构位形及内力变化.

建立向量式有限元模型,管桁架使用梁单元模拟,撑杆为杆单元,考虑张拉过程实际情况,假定拉索的端部索段为原长可以改变的张拉索单元,以此模拟张拉过程,中间索段为只受拉不受压索单元.桁架下部采用双拼格构式支撑胎架,桁架与支撑胎架之间通过千斤顶单元连接.时间步长取为0.000 12 s.

图10和图11分别为上部钢桁架跨中竖向位移和支座节点水平位移时程曲线,图12和图13分别为拉索内力和千斤顶内力时程曲线.0~1.2 s为钢桁架拼装阶段,设阻尼系数为30,拟静力计算跨中位移逐渐达到静态稳定;1.2~13.2 s为预应力张拉阶段,令阻尼系数为0,进行动态分析,位移和内力逐渐增大,但在6.6 s左右时跨中位移和内力均有突变,这是由于在6.6 s时千斤顶内力变为0,由图13可知,此时钢桁架脱架.当时间为13.2~18.0 s时,令阻尼系数为30,位移和内力趋于稳定.最终得到跨中竖向位移为212.4 mm,支座节点水平位移为-77.1 mm,拉索内力为1 193.4 kN,千斤顶内力为零.

图14和图15均为采用大型通用有限元软件ANSYS程序根据目标索力进行找力之后的分析结果,跨中竖向位移和支座水平位移分别为211.0 mm和-76.6 mm.拉索索力为1 190 kN,临时支撑可以脱架.

5 结 论

1)本文基于向量式有限元的基本理论,推导了张拉索单元和千斤顶单元两种新型单元,实现了施工力学实时分析,编制了含有张拉索单元和千斤顶单元的结构计算分析程序,实现了预应力张拉过程分析.

2)编制了大跨度张弦桁架张拉施工分析程序,并针对具体工程进行了模拟,验证了理论推导和程序的有效性.但自编程序的计算效率与传统有限元相比还有待提高,可优化程度较大.

3)施工力学分析的难点在于施工过程中,结构的几何、材料和边界条件等均有可能随时间变化.相对于传统有限元分析方法来说,本文提出的分析方法从动力学方程出发,能够适应大变形、大变位等复杂非线性条件的分析,具有较强的适用性,且能够跟踪施工过程中的内力和位移变化情况,得到整个施工过程中内力和位移的动态时程曲线,监控施工过程的安全,对内力和位移较大的杆件与节点进行预警.

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力学分析的方法篇7

一、当前阶段中职院校会计专业教学中存在的不足之处

(一)教学认知存在相应弊端

当前阶段我国中职院校的会计专业教学过程中,普遍存在着教学认知方面的错误,首先,就当前情况而言,我国仍然存在相当一部分中职院校决策者没有对会计专业的职业能力进行准确而透彻的理解,其次,中职院校相关部门与相关教学人员没有将会计专业教学的教学要求进行具体规划,也没有对相关教学要求进行具体的了解,这便导致当前我国会计专业对其专业人才的培养定位存在不明确现象,导致会计专业人才能以得到良好的培养。

(二)课程体系存在不合理现象

由于我国中职院校对于会计专业所制定的专业课程体系存在不合理现象,导致我国中职院校会计专业学生的职业能力难以在学习过程中得以有效提高[1]。首先,中职院校在对会计专业课程体系进行设计时,没有对其自身实际情况进行充分的考虑,而采取直接套用本科会计专业教学课程体系的方式,对其自身课程体系进行建立,从而导致中职院校学生难以在学习过程中对相关专业知识进行透彻的掌握。其次,我国中职院校在对其会计专业课程进行相关选取与分配时,没有对学生的职业能力培养课程予以足够的关注,从而导致其会计专业教学课程多以理论性知识为主,而缺乏实践环节。

(三)教学方法与观念存在落后现象

就当前我国的中职院校会计专业教学过程而言,相关教师通常在教学过程中对传统教学观念进行沿袭,以教师讲而学生听的教学方式,将相应的教学知识强硬的灌输给学生,使学生难以对教学知识进行真正意义上的理解与掌握。相关教师在会计专业课程的教学过程中,通常对学生的教学主体地位采取忽略处理,从而使学生的教学主体地位得不到相应的尊重,使学生对于专业知识学习的热情逐渐丧失。

二、使当前中职院校会计专业学生职业能力得以提升的有效措施

(一)对会计专业培养目标进行良好的树立

若想使我国中职院校会计专业学生的职业能力得以有效提升,首先,中职院校相关部门应当对其会计专业的教学培养目标进行良好的树立,而对于会计专业而言,其主要专业培养方向应当以社会对其专业人才能力的需求为基本导向,因此,相关部门在对其培养目标进行相关树立时,不仅要对学生的专业素质培养进行相应考虑,还要对会计专业的岗位需求进行充分考虑,从而使我国中职院校会计专业所培养出的会计专业人才,其专业能力得以有效培养的同时,其职业综合能力也得以有效提升。

(二)对会计专业课程体系进行科学的制定

由于我国中职院校与本科院校所教学学生的各方面素质与能力都存在较大的差异,因此,我国中职院校在对其会计专业教学课程体系进行相应制定时,不应当一味对本科院校的教学课程体系进行套用,而应当结合其教学对象实际情况,以及其实际教学目标与教学定位,对其自身的专科课程体制进行科学恰当的制定。与此同时,我国中职院校在对其专业课程体系进行制定时,不应当将教学重心全部倾向于相关专业的理论教学,而应当对其专业的实践教学课程予以一定的关注,从而使学生的职业能力能够在专业学习过程中得以真正的培养与提升,使学生能够通过相应实践课程对其自身所需理论知识进行充分实践,并在实践中发现自身对知识理解与掌握的不足之处,从而对其加以及时的改正与完善,进而使我国中职院系会计专业所培养出的专业人才能够在其任职过程中符合其企业对于综合能力型人才的需求。

(三)对会计专业教学观念与教学方法进行有效转变

对于提高中职院校会计专业学生的职业能力而言,以正确的教学观念以及良好的教学方法对学生进行专业课程教学,显得十分重要[2]。首先,我国中职院校相关教师应当对其自身的传统教学观念进行良好的转变,应当突破传统教学观念的束缚,将学生作为专业教学中的主体,并对学生的教学主体地位进行相应的尊重,使学生能够在更加舒适愉悦的学习环境中对相应专业知识进行有效的学习理解与掌握。此外,相关教师还应该摆脱传统教学方式的禁锢,在专业教学课堂中妥当的利用现代化教学设备,为学生们营造出恰当的教学情境,从而使学生对于专业学习的热情得以有效激发,使学生在情境学习过程中能够将自身专业知识进行充分的实践,从而使学生的职业能力在教学过程中得以有效提升。

三、结束语

力学分析的方法篇8

【关键词】音乐创造力 音乐兴趣 教学方法 评价机制

音乐是声音的艺术、情感的艺术,是实施美育的重要途径,是素质教育不可缺少的一个组成部分。在全面育人的素质教育过程中,音乐教育起着德育、智育、体育不可替代的作用,而培养学生创造力是中学音乐教学中的重要环节。音乐课深受中学生喜爱,它伴随着学生的健康成长,但传统的音乐课授课形式和教学方法, 有时会忽略音乐课本身所具有的愉悦性、感受性、创造性,导致课堂气氛死板单一,不能充分调动学生的学习积极性,使一些学生失去了学习兴趣。在新课改的理念下,要培养学生音乐创造力,首先要使学生在快乐中学习。

一、激发学生学习兴趣

托尔斯泰说过:“成功的教学所需要的不是强制,而是激发学生的兴趣。”能使学生在愉悦的气氛中学习,唤起学生强烈的求知欲望是教学成功的关键。学生的学习兴趣、学习愿望是学好音乐的先决条件。兴趣能对学生进行各项音乐实践活动产生积极的动力。学生只有发挥主动性,才能使学生更具有创造性成份,从而主动地获得发展。因此教学内容应丰富多彩,重视内容与学生的生活经验相结合。加强音乐课与社会生活的联系,使学生对教学内容感到亲切、真实而有吸引力,从而引发学生创造的兴趣。如:教师拿几件简单的打击[提供写作论文服务,欢迎光临dylw.net]乐器,请同学们观察后自己动手做一件打击乐器。课下学生们利用竹茼、竹板、酒瓶、易拉罐等废旧生活用品制作出各种节奏乐器。课上再让学生用自己制作的打击乐器为《青春舞曲》创编节奏,边奏边唱,在这种生动有趣的活动中,学生自始至终会保持浓厚的学习兴趣和积极的创造欲望。

二、培养学生创作节奏的能力

一首优美动听的歌曲, 离不开丰富多彩的节奏。所以说, 节奏是旋律的骨架。旋律离开节奏而不成乐谱, 可节奏离旋律仍能存在。因此, 在音乐教学中, 让学生感受节奏, 创作节奏是不可忽视的重要环节。为使学生更好地掌握节奏, 课堂上引导学生对所学歌曲的节奏进行反复练习, 并让学生讨论每首歌曲的节奏型的构成。在此基础上, 让学生自由拍出节奏, 如: 课

间十分钟轻松愉快的节奏; 假期外出旅游乘做小船享受大自然美景的节奏; 描写广阔大草原骏马奔驰的节奏等, 指导学生把创作的节奏写在黑板上, 并读节奏、划拍、击拍, 然后由每组推选一名音乐骨干, 进行评选最佳节奏谱。学生的思维越来越活跃, 创作的情绪越来越高, 激发了学生对音乐学习的兴趣, 增强了学生的思维能力, 提高了学生对音乐的创造和自豪感。

三、培养学生尝试旋律创作

旋律的创作看起来很难, 其实并不难。中学生有了一定的乐理基础知识后, 便可练习作曲, 步骤是根据其特点由易到难.由简到繁地进行。

1 . 过渡性练习:

A、给固定的节奏:

教师在黑板上写出一条节奏, 如: X X|XX X |XX XX |X?,让学生根据这一节奏创作旋律。

如: 5 5 |53 5|54 32 |1?。

B、给骨干音:

让学生根据骨干音进行旋律创作。

如教师给1 3 5 ⅰ 四个音, 让学生编曲。学生可编成13 65 |55 ⅰ|等等。这个练习看起来很简单. 但它是旋律创作中必不可少的一部分. 学生从中初步体会到了调式感,这是乐曲的创作最基础的,也是最难理解的部分。

2 . 有趣味的音乐造句:

这个练习是教师发给学生的一个小乐句,让学生在后面补充一个小乐句,使之成为完整的乐句。如教师给一个乐句: 6 56 |3 53 |2 11 |2 2|, 学生可以创作后面的3 53| 2 13 |1 1|6 -这样就可以组成一个完整的乐句。这种流畅的旋律其实很简单, 只要学生能创作出来, 我就及时给予鼓励, 以保护学生的创作兴趣。

3. 完整的旋律创造:

此练习在八年级进行比较适合,就是让学生自己创编一条旋律。从节奏到音乐,教师都不给予提示, 可以规定拍号也可以不规定。这个练习最能培养学生的联想力, 启发他们的乐感能力, 最后达到创作歌曲的目的。在这个练习中我往往让每位同学都唱一唱自己的作品, 让全体同学听辨评论, 给予修改完善,使单方面的创作, 成为多方位的创造, 并让他们谈一谈自己创作的感想,使学生的语言表达和音乐创造力都得到发挥和提高。

四、引导学生为歌曲创编歌词

启发联想, 鼓励和引导学生给熟悉的歌曲创编新的歌词。可以使学生的演唱兴趣大大提高。例如,我在给学生教唱《渴望春天》一课时, 当学生学会演唱歌曲后启发学生:“你们在春天里还看到了什么美景? 能不能[提供写作论文服务,欢迎光临dylw.net]把它编到歌词里面去? ”一个学生在引导下,创编出了非常唯美的歌词,深受全班同学的喜爱。引导学生为歌曲编词, 所选择的歌曲应音乐形象鲜明、具体, 歌词不长, 节奏较为规整。”当学生唱着自己编的新歌词时,感情特别投入, 充满喜悦和成就感。

五、培养学生创新学习,完善创造力的评价机制

评价活动是教师和学生了解学习效果的有效手段。通过评价活动,更重要的是可以满足学生自我肯定的需要,增强学习的自信心,同时还可给学生指出存在的问题,以利于学生今后的发展。在教学实践中,我们要用灵活多样的评价方法,以多个角度去审视学生,评价学生,让学生认识自我、表现自我、发展自我。教学评价要立足于教学过程本身,不要带有过于功利的思想,要以能否自然地激发和满足学生本身的创造欲望,能否为学生提供最大限度地发展创造能力的空间为尺度。将学生评价的重点放在创造思维、创造能力、音乐表现力和欣赏力上。将学生的创作活动融进整个教学过程中,学生的创作结果也许是幼稚的、不成熟的、甚至是不符合创作规律的,但只要学生进入了创作状态,我都应给予充分的肯定。这样就充分地调动了学生学习的积极性,使学生能更好地发挥音乐创造思维,提高其音乐创造能力。总之,在全面实 施素质教育的今天,学生的创造意识和创造能力是现代化人才的重要条件。因此培养学

生的创造能力十分重要,音乐教育在培养学生的创造能力方面起着其它学科不可替代的作用。我们要培养学生的音乐创造力就必须增强自身的创新意识和创造能力,师生之间就必须建立一种民主、平等、和谐、互相尊重、互相学习和共同发展的新型师生关系。相信通过这些方面的改进,学生的音乐创造能力一定会得到提高,成为一个全面发展的创造性人才。

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