本教材是編寫團隊長期在力學實驗教學、科研一線工作的心得體會和成果總結(jié)。遵循了如下原則,同時也是本教材的創(chuàng)新和特色:一是緊貼教學大綱的要求和實驗儀器設(shè)備的現(xiàn)實,利用二維碼,把一些關(guān)鍵性環(huán)節(jié)通過PPT、視頻進行詳細闡述,直觀明了,便于學生加深對實驗基本原理和方法設(shè)計的目的理解,可以快速上手開展實驗,節(jié)約時間,提高效率;二是豐富了動載荷實驗的內(nèi)容,比如MTS疲勞試驗、落錘沖擊試驗、Hopkinson壓桿試驗等,既反映了我校力學實驗教學的學科特色,更為學生涉足、開展材料的應變率效應實驗提供指導;三是對近年來有關(guān)基礎(chǔ)力學實驗競賽、結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽、工程實踐制作等科技創(chuàng)新型活動進行了整理歸納,這既是工程力學實驗的應用推廣,也是力學實驗教學的拓展升華。教材內(nèi)容共分六個部分:理論力學實驗、材料力學實驗、振動實驗、數(shù)值模擬實驗、動載荷實驗、制作加載實驗,另外附有部分儀器設(shè)備的詳細使用說明、部分科技創(chuàng)新競賽任務(wù)書和常做實驗的報告樣本。本書適合作為普通高等院校土木類、機械類等本科、研究生的實驗教材,也可以作為工程力學、材料力學等課程的教學參考書,還可以作為力學與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新比賽的輔導教材或高職高專院校的力學實驗教材。
在我校力學實驗教學實踐中,出現(xiàn)了一些新問題。一方面學生軍政訓練任務(wù)重,課堂課后學習時間有限
;另一方面學員接觸到力學實驗后,學習的興趣大幅提升,尤其是學有余力的學員感覺內(nèi)容不夠,而實
驗課程的學習又依賴于場地和設(shè)備。本教材的編寫嘗試在解決此矛盾方面做一些探索,那就是緊貼教學
大綱的要求和實驗儀器設(shè)備的現(xiàn)實,利用二維碼,把一些關(guān)鍵性環(huán)節(jié)通過PPT、視頻進行詳細闡述,直觀
明了,便于學生加深對實驗基本原理和方法設(shè)計的目的理解,可以快速上手開展實驗。這些二維碼的內(nèi)
容包括主要實驗儀器設(shè)備的構(gòu)造原理、操作演示,實驗設(shè)計的基本原理,相關(guān)理論難點,工程實際的應
用情況。這些預習、復習素材短小精煉,方便學生利用碎片時間學習,節(jié)約了課內(nèi)操作時間,還減少了
誤操作的可能,提高了課內(nèi)教學的效率,也拓展豐富了教學內(nèi)容。
課內(nèi)的工程力學實驗教學受學時和設(shè)備的限制,一般僅限于靜力學的內(nèi)容,但是這一方面這不符合實際
需求,我們都知道,哪怕是司空見慣的跑步,施加在腳掌的都是沖擊動載荷,更不用說軍事行動中的強
動載荷,所以完全有必要了解材料在動載荷下的響應。另一方面也限制了學生的思維方式,沒有動力學
概念,遇到問題總從靜力學尋求解答是不可想象的,也是沒有出路的。尤其是不斷出現(xiàn)的由于不科學的
野蠻訓練導致的各種損傷,反映了我們的實驗教學要貼近學生的實際需要,能幫助他們樹立科學的思維
方式,解決他們生活、訓練以及工作的實際力學問題,這既是力學實驗教學的任務(wù),也是力學教學生命
力的體現(xiàn)。基于以上考慮,本書豐富了動載荷實驗的內(nèi)容,除了擺錘沖擊試驗,還添加了MTS疲勞試驗、
落錘沖擊試驗、Hopkinson壓桿試驗等,不僅反映了我校力學實驗教學的學科特色,還為學生涉足、開展
材料的應變率效應實驗提供指導,應變速率從10-2到102,材料也從金屬拓展到巖土、泡沫鋁、復合材料
等更廣的范圍,為本科生畢業(yè)設(shè)計和研究生開展實驗研究提供技術(shù)支撐。
絕大多數(shù)學生,不一定會將興趣投于前沿科學實驗,他們更愿意致力于簡單、易上手的實踐性制作活動
,在我們面向工程防護類學生開設(shè)的工程實踐(力學)課程也充分證明了這點。每組學生利用價格低廉
、易于加工的復壓竹皮、桐木(巴沙木)條和502、AB膠等材料,輔助一些簡易的工具,充分遵循掌握的
力學原理,按照設(shè)定條件和預定達成目標,手工制作梁、柱等簡單構(gòu)件以及橋梁、樓房等復雜結(jié)構(gòu),利
用力學實驗設(shè)備儀器,進行加載比試,依據(jù)承載能力與模型自重的比值排序確定成績。寓教于樂,理論
聯(lián)系實踐,能親自動手,將自己的設(shè)計變成現(xiàn)實的學習方式,深受學生歡迎,效果也超乎想象地好。將
已有理論和未知知識融合,把實驗技術(shù)與數(shù)值模擬結(jié)合,拿理想狀態(tài)與實際情況對比,在此過程中,既
深化了理論知識的理解,還涉及課本之外的知識學習,比如超靜定問題、大撓度變形、塑性破壞等。那
些理論課程學得不算理想的同學,很多在這個過程中也表現(xiàn)突出,這源于激發(fā)了他們內(nèi)心的自主學習的
愿望。通過實驗課程教學、工程實踐鍛煉、校內(nèi)比賽選拔、強化指導訓練,組隊參加力學與結(jié)構(gòu)設(shè)計類
的科學競賽,積累了一點經(jīng)驗,獲得了一些成績,把近年來我們參與的基礎(chǔ)力學實驗競賽、結(jié)構(gòu)設(shè)計競
賽、工程實踐制作等科技創(chuàng)新型活動進行了整理歸納,這既是工程力學實驗的應用推廣,也是力學實驗
教學的拓展升華。
本教材內(nèi)容共分六個部分:理論力學實驗、材料力學實驗、振動實驗、數(shù)值模擬實驗、動載荷實驗、創(chuàng)
新制作實驗,動載荷實驗和創(chuàng)新制作實驗這兩部分內(nèi)容是本教材的創(chuàng)新和特色,另外附有部分儀器設(shè)備
的詳細使用說明、力學與結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽任務(wù)書和常做實驗的報告樣本。
本教材是編寫團隊成員科研及教學經(jīng)驗的總結(jié)、智慧的結(jié)晶,其中第三、七、八章由楊緒普編寫,第二
、五章及第六章部分內(nèi)容由董璐編寫,第一、四章由王波編寫,緒論、第二章由段力群編寫,章鹍、郭
哲、謝成強、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,中國鐵道出版社
編輯的鼓勵督促和嚴謹專業(yè),都使本書增色不少,在此一并致謝!
由于編者水平有限,時間緊張,定有錯誤與不當之處,敬請批評指正!
緒論力學實驗基礎(chǔ)知識1
第一部分理論力學實驗
第一章驗證性實驗6
實驗1-1質(zhì)點系動量定理推演6
實驗1-2四種不同載荷的觀測與理解7
實驗1-3求不規(guī)則物體的重心8
實驗1-4三線擺法測定不規(guī)則物體的轉(zhuǎn)動慣量10
實驗1-5摩擦因數(shù)測定15
實驗1-6工程結(jié)構(gòu)振動實驗演示17
第二部分材料力學實驗
第二章基本性實驗20
實驗2-1低碳鋼和鑄鐵拉伸實驗20
實驗2-2低碳鋼和鑄鐵壓縮實驗29
實驗2-3剪切實驗31
實驗2-4扭轉(zhuǎn)實驗33
實驗2-5剪切彈性模量G的測定38
實驗2-6梁的彎曲正應力實驗40
實驗2-7主應力實驗45
實驗2-8壓桿穩(wěn)定實驗48
第三章設(shè)計性實驗52
實驗3-1粘貼電阻應變片實驗52
實驗3-2偏心拉伸實驗54
實驗3-3等強度梁應變測定實驗和橋路變換接線實驗57
實驗3-4電阻應變片靈敏系數(shù)標定59
實驗3-5材料彈性模量E和泊松比的測定62
實驗3-6條件屈服應力02的測定66
實驗3-7真應力真應變曲線測定69
實驗3-8剛架綜合實驗72
實驗3-9不同截面桿件的扭轉(zhuǎn)75
第四章自主性實驗一82
實驗4-1簡諧振動幅值與頻率的測量82
實驗4-2簡支梁固有頻率測量85
實驗4-3油阻尼減振器實驗86
實驗4-4主動隔振實驗88
實驗4-5被動隔振實驗90
實驗4-6多自由度系統(tǒng)固有頻率及振型測量91
第四部分數(shù)值模擬實驗(自主性實驗)
第五章自主性實驗二95
實驗5-1理論力學問題求解器95
實驗5-2材料力學問題求解器99
實驗5-3結(jié)構(gòu)力學求解器101
第五部分動載荷實驗
第六章動載荷實驗107
實驗6-1擺錘沖擊實驗107
實驗6-2落錘沖擊試驗110
實驗6-3MTS疲勞加載實驗112
實驗6-4霍普金森壓桿實驗116
第六部分制作加載實驗
第七章創(chuàng)新型實驗一121
實驗7-1壓桿設(shè)計與制作121
實驗7-2四點彎曲梁的設(shè)計與制作122
實驗7-3曲拐的設(shè)計與制作125
實驗7-4桁架橋梁設(shè)計與制作127
第八章創(chuàng)新型實驗二129
實驗8-1雞蛋墜落保護裝置制作129
實驗8-2牙簽發(fā)射裝置制作129
實驗8-3簡易器材橋梁制作130
實驗8-4自動行駛裝置制作131
實驗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134
附錄B電測法的基本原理150
附錄CDNS電子萬能試驗機操作方法介紹158
附錄DCML1H 系列應力應變綜合測試儀162
附錄EYJ-4501A靜態(tài)數(shù)字電阻應變儀使用說明167
附錄F材料力學多功能(BDCL)試驗臺173
附錄GWS-Z30振動臺系統(tǒng)使用說明176
附錄H常用工程材料的力學性質(zhì)和物理性質(zhì)191
附錄K材料力學實驗記錄192
附錄I部分實驗力學競賽試題與任務(wù)書204
附錄J部分結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽任務(wù)書217