本教材是編寫(xiě)團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期在力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、科研一線工作的心得體會(huì)和成果總結(jié)。遵循了如下原則,同時(shí)也是本教材的創(chuàng)新和特色:一是緊貼教學(xué)大綱的要求和實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的現(xiàn)實(shí),利用二維碼,把一些關(guān)鍵性環(huán)節(jié)通過(guò)PPT、視頻進(jìn)行詳細(xì)闡述,直觀明了,便于學(xué)生加深對(duì)實(shí)驗(yàn)基本原理和方法設(shè)計(jì)的目的理解,可以快速上手開(kāi)展實(shí)驗(yàn),節(jié)約時(shí)間,提高效率;二是豐富了動(dòng)載荷實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容,比如MTS疲勞試驗(yàn)、落錘沖擊試驗(yàn)、Hopkinson壓桿試驗(yàn)等,既反映了我校力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的學(xué)科特色,更為學(xué)生涉足、開(kāi)展材料的應(yīng)變率效應(yīng)實(shí)驗(yàn)提供指導(dǎo);三是對(duì)近年來(lái)有關(guān)基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽、工程實(shí)踐制作等科技創(chuàng)新型活動(dòng)進(jìn)行了整理歸納,這既是工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用推廣,也是力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的拓展升華。教材內(nèi)容共分六個(gè)部分:理論力學(xué)實(shí)驗(yàn)、材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)、振動(dòng)實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)、動(dòng)載荷實(shí)驗(yàn)、制作加載實(shí)驗(yàn),另外附有部分儀器設(shè)備的詳細(xì)使用說(shuō)明、部分科技創(chuàng)新競(jìng)賽任務(wù)書(shū)和常做實(shí)驗(yàn)的報(bào)告樣本。本書(shū)適合作為普通高等院校土木類(lèi)、機(jī)械類(lèi)等本科、研究生的實(shí)驗(yàn)教材,也可以作為工程力學(xué)、材料力學(xué)等課程的教學(xué)參考書(shū),還可以作為力學(xué)與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新比賽的輔導(dǎo)教材或高職高專(zhuān)院校的力學(xué)實(shí)驗(yàn)教材。
在我校力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中,出現(xiàn)了一些新問(wèn)題。一方面學(xué)生軍政訓(xùn)練任務(wù)重,課堂課后學(xué)習(xí)時(shí)間有限
;另一方面學(xué)員接觸到力學(xué)實(shí)驗(yàn)后,學(xué)習(xí)的興趣大幅提升,尤其是學(xué)有余力的學(xué)員感覺(jué)內(nèi)容不夠,而實(shí)
驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)又依賴(lài)于場(chǎng)地和設(shè)備。本教材的編寫(xiě)嘗試在解決此矛盾方面做一些探索,那就是緊貼教學(xué)
大綱的要求和實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的現(xiàn)實(shí),利用二維碼,把一些關(guān)鍵性環(huán)節(jié)通過(guò)PPT、視頻進(jìn)行詳細(xì)闡述,直觀
明了,便于學(xué)生加深對(duì)實(shí)驗(yàn)基本原理和方法設(shè)計(jì)的目的理解,可以快速上手開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。這些二維碼的內(nèi)
容包括主要實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的構(gòu)造原理、操作演示,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原理,相關(guān)理論難點(diǎn),工程實(shí)際的應(yīng)
用情況。這些預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)素材短小精煉,方便學(xué)生利用碎片時(shí)間學(xué)習(xí),節(jié)約了課內(nèi)操作時(shí)間,還減少了
誤操作的可能,提高了課內(nèi)教學(xué)的效率,也拓展豐富了教學(xué)內(nèi)容。
課內(nèi)的工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)受學(xué)時(shí)和設(shè)備的限制,一般僅限于靜力學(xué)的內(nèi)容,但是這一方面這不符合實(shí)際
需求,我們都知道,哪怕是司空見(jiàn)慣的跑步,施加在腳掌的都是沖擊動(dòng)載荷,更不用說(shuō)軍事行動(dòng)中的強(qiáng)
動(dòng)載荷,所以完全有必要了解材料在動(dòng)載荷下的響應(yīng)。另一方面也限制了學(xué)生的思維方式,沒(méi)有動(dòng)力學(xué)
概念,遇到問(wèn)題總從靜力學(xué)尋求解答是不可想象的,也是沒(méi)有出路的。尤其是不斷出現(xiàn)的由于不科學(xué)的
野蠻訓(xùn)練導(dǎo)致的各種損傷,反映了我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)要貼近學(xué)生的實(shí)際需要,能幫助他們樹(shù)立科學(xué)的思維
方式,解決他們生活、訓(xùn)練以及工作的實(shí)際力學(xué)問(wèn)題,這既是力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的任務(wù),也是力學(xué)教學(xué)生命
力的體現(xiàn);谝陨峡紤],本書(shū)豐富了動(dòng)載荷實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容,除了擺錘沖擊試驗(yàn),還添加了MTS疲勞試驗(yàn)、
落錘沖擊試驗(yàn)、Hopkinson壓桿試驗(yàn)等,不僅反映了我校力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的學(xué)科特色,還為學(xué)生涉足、開(kāi)展
材料的應(yīng)變率效應(yīng)實(shí)驗(yàn)提供指導(dǎo),應(yīng)變速率從10-2到102,材料也從金屬拓展到巖土、泡沫鋁、復(fù)合材料
等更廣的范圍,為本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)和研究生開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究提供技術(shù)支撐。
絕大多數(shù)學(xué)生,不一定會(huì)將興趣投于前沿科學(xué)實(shí)驗(yàn),他們更愿意致力于簡(jiǎn)單、易上手的實(shí)踐性制作活動(dòng)
,在我們面向工程防護(hù)類(lèi)學(xué)生開(kāi)設(shè)的工程實(shí)踐(力學(xué))課程也充分證明了這點(diǎn)。每組學(xué)生利用價(jià)格低廉
、易于加工的復(fù)壓竹皮、桐木(巴沙木)條和502、AB膠等材料,輔助一些簡(jiǎn)易的工具,充分遵循掌握的
力學(xué)原理,按照設(shè)定條件和預(yù)定達(dá)成目標(biāo),手工制作梁、柱等簡(jiǎn)單構(gòu)件以及橋梁、樓房等復(fù)雜結(jié)構(gòu),利
用力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備儀器,進(jìn)行加載比試,依據(jù)承載能力與模型自重的比值排序確定成績(jī)。寓教于樂(lè),理論
聯(lián)系實(shí)踐,能親自動(dòng)手,將自己的設(shè)計(jì)變成現(xiàn)實(shí)的學(xué)習(xí)方式,深受學(xué)生歡迎,效果也超乎想象地好。將
已有理論和未知知識(shí)融合,把實(shí)驗(yàn)技術(shù)與數(shù)值模擬結(jié)合,拿理想狀態(tài)與實(shí)際情況對(duì)比,在此過(guò)程中,既
深化了理論知識(shí)的理解,還涉及課本之外的知識(shí)學(xué)習(xí),比如超靜定問(wèn)題、大撓度變形、塑性破壞等。那
些理論課程學(xué)得不算理想的同學(xué),很多在這個(gè)過(guò)程中也表現(xiàn)突出,這源于激發(fā)了他們內(nèi)心的自主學(xué)習(xí)的
愿望。通過(guò)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)、工程實(shí)踐鍛煉、校內(nèi)比賽選拔、強(qiáng)化指導(dǎo)訓(xùn)練,組隊(duì)參加力學(xué)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類(lèi)
的科學(xué)競(jìng)賽,積累了一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn),獲得了一些成績(jī),把近年來(lái)我們參與的基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)
賽、工程實(shí)踐制作等科技創(chuàng)新型活動(dòng)進(jìn)行了整理歸納,這既是工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用推廣,也是力學(xué)實(shí)驗(yàn)
教學(xué)的拓展升華。
本教材內(nèi)容共分六個(gè)部分:理論力學(xué)實(shí)驗(yàn)、材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)、振動(dòng)實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)、動(dòng)載荷實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)
新制作實(shí)驗(yàn),動(dòng)載荷實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新制作實(shí)驗(yàn)這兩部分內(nèi)容是本教材的創(chuàng)新和特色,另外附有部分儀器設(shè)備
的詳細(xì)使用說(shuō)明、力學(xué)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽任務(wù)書(shū)和常做實(shí)驗(yàn)的報(bào)告樣本。
本教材是編寫(xiě)團(tuán)隊(duì)成員科研及教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)、智慧的結(jié)晶,其中第三、七、八章由楊緒普編寫(xiě),第二
、五章及第六章部分內(nèi)容由董璐編寫(xiě),第一、四章由王波編寫(xiě),緒論、第二章由段力群編寫(xiě),章鹍、郭
哲、謝成強(qiáng)、吳麗軍、林瀚等本科生在視頻拍攝、后期編輯等方面協(xié)助做了大量工作,中國(guó)鐵道出版社
編輯的鼓勵(lì)督促和嚴(yán)謹(jǐn)專(zhuān)業(yè),都使本書(shū)增色不少,在此一并致謝!
由于編者水平有限,時(shí)間緊張,定有錯(cuò)誤與不當(dāng)之處,敬請(qǐng)批評(píng)指正!
緒論力學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)1
第一部分理論力學(xué)實(shí)驗(yàn)
第一章驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)6
實(shí)驗(yàn)1-1質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)量定理推演6
實(shí)驗(yàn)1-2四種不同載荷的觀測(cè)與理解7
實(shí)驗(yàn)1-3求不規(guī)則物體的重心8
實(shí)驗(yàn)1-4三線擺法測(cè)定不規(guī)則物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量10
實(shí)驗(yàn)1-5摩擦因數(shù)測(cè)定15
實(shí)驗(yàn)1-6工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)實(shí)驗(yàn)演示17
第二部分材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)
第二章基本性實(shí)驗(yàn)20
實(shí)驗(yàn)2-1低碳鋼和鑄鐵拉伸實(shí)驗(yàn)20
實(shí)驗(yàn)2-2低碳鋼和鑄鐵壓縮實(shí)驗(yàn)29
實(shí)驗(yàn)2-3剪切實(shí)驗(yàn)31
實(shí)驗(yàn)2-4扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)33
實(shí)驗(yàn)2-5剪切彈性模量G的測(cè)定38
實(shí)驗(yàn)2-6梁的彎曲正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)40
實(shí)驗(yàn)2-7主應(yīng)力實(shí)驗(yàn)45
實(shí)驗(yàn)2-8壓桿穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)48
第三章設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)52
實(shí)驗(yàn)3-1粘貼電阻應(yīng)變片實(shí)驗(yàn)52
實(shí)驗(yàn)3-2偏心拉伸實(shí)驗(yàn)54
實(shí)驗(yàn)3-3等強(qiáng)度梁應(yīng)變測(cè)定實(shí)驗(yàn)和橋路變換接線實(shí)驗(yàn)57
實(shí)驗(yàn)3-4電阻應(yīng)變片靈敏系數(shù)標(biāo)定59
實(shí)驗(yàn)3-5材料彈性模量E和泊松比的測(cè)定62
實(shí)驗(yàn)3-6條件屈服應(yīng)力02的測(cè)定66
實(shí)驗(yàn)3-7真應(yīng)力真應(yīng)變曲線測(cè)定69
實(shí)驗(yàn)3-8剛架綜合實(shí)驗(yàn)72
實(shí)驗(yàn)3-9不同截面桿件的扭轉(zhuǎn)75
第四章自主性實(shí)驗(yàn)一82
實(shí)驗(yàn)4-1簡(jiǎn)諧振動(dòng)幅值與頻率的測(cè)量82
實(shí)驗(yàn)4-2簡(jiǎn)支梁固有頻率測(cè)量85
實(shí)驗(yàn)4-3油阻尼減振器實(shí)驗(yàn)86
實(shí)驗(yàn)4-4主動(dòng)隔振實(shí)驗(yàn)88
實(shí)驗(yàn)4-5被動(dòng)隔振實(shí)驗(yàn)90
實(shí)驗(yàn)4-6多自由度系統(tǒng)固有頻率及振型測(cè)量91
第四部分?jǐn)?shù)值模擬實(shí)驗(yàn)(自主性實(shí)驗(yàn))
第五章自主性實(shí)驗(yàn)二95
實(shí)驗(yàn)5-1理論力學(xué)問(wèn)題求解器95
實(shí)驗(yàn)5-2材料力學(xué)問(wèn)題求解器99
實(shí)驗(yàn)5-3結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器101
第五部分動(dòng)載荷實(shí)驗(yàn)
第六章動(dòng)載荷實(shí)驗(yàn)107
實(shí)驗(yàn)6-1擺錘沖擊實(shí)驗(yàn)107
實(shí)驗(yàn)6-2落錘沖擊試驗(yàn)110
實(shí)驗(yàn)6-3MTS疲勞加載實(shí)驗(yàn)112
實(shí)驗(yàn)6-4霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)116
第六部分制作加載實(shí)驗(yàn)
第七章創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)一121
實(shí)驗(yàn)7-1壓桿設(shè)計(jì)與制作121
實(shí)驗(yàn)7-2四點(diǎn)彎曲梁的設(shè)計(jì)與制作122
實(shí)驗(yàn)7-3曲拐的設(shè)計(jì)與制作125
實(shí)驗(yàn)7-4桁架橋梁設(shè)計(jì)與制作127
第八章創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)二129
實(shí)驗(yàn)8-1雞蛋墜落保護(hù)裝置制作129
實(shí)驗(yàn)8-2牙簽發(fā)射裝置制作129
實(shí)驗(yàn)8-3簡(jiǎn)易器材橋梁制作130
實(shí)驗(yàn)8-4自動(dòng)行駛裝置制作131
實(shí)驗(yàn)8-5樓房模型定向爆破132
附錄105
附錄A誤差分析及數(shù)據(jù)處理知識(shí)134
附錄B電測(cè)法的基本原理150
附錄CDNS電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)操作方法介紹158
附錄DCML1H 系列應(yīng)力應(yīng)變綜合測(cè)試儀162
附錄EYJ-4501A靜態(tài)數(shù)字電阻應(yīng)變儀使用說(shuō)明167
附錄F材料力學(xué)多功能(BDCL)試驗(yàn)臺(tái)173
附錄GWS-Z30振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)使用說(shuō)明176
附錄H常用工程材料的力學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)191
附錄K材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)記錄192
附錄I部分實(shí)驗(yàn)力學(xué)競(jìng)賽試題與任務(wù)書(shū)204
附錄J部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽任務(wù)書(shū)217