同济大学《实验力学》教学大纲

《实验力学》教学大纲

课程编号：450040 学分： 2 总学时： 36 大纲编制主笔人：杨国标 大纲审核人：韦林

一、课程性质与目的

课程性质：专业基础/C1。

目的：固体力学是研究固体在外界因素作用下而发生的变形、应力、应变以及破坏的学科。实验力学是固体力学的一个分支，它是用各种实验方法和手段对变形固体进行应力应变分析的一门学科。

通过学习，了解实验力学发展的新动态，重点掌握以现代光、电、振动力学为主的各种实验方法的原理、技术和应用；通过实验力学方法检查验证按固体力学理论在一定假设条件下所得到的理论分析结果和计算结果的可靠程度和可靠性；通过实验力学方法进行直接量测以提供一些用理论分析难以获得的力学参数，并通过观察、实验和量测，认识问题的本质，在此基础上，提供假设，建立力学模型和理论系统，给出材料的本构关系等；同时通过实验力学方法对某些力学规律的探讨，为细观力学、界面力学、断裂力学等新学科的发展提供实验依据，最终为解决工程技术领域中广泛存在的力学问题的提供有效途径。 二、面向专业

工程力学。

三、实验基本要求

1．掌握工程应力测试中常用的设备和设备的原理、结构和特点。 2．掌握工程应力测试中常用仪器的用途，使用方法和各仪器间的配套使用，以及实验基本技能，培养学生动手能力。

3．掌握光弹性材料的浇铸、光弹性材料的特性。

4．熟悉掌握平面光弹性应力-光学定律、等色线、等倾线、剪应力差法、钉压法。

5.掌握电阻应变测量的基本原理，能动手贴应变片，掌握电阻应变仪器操作。 6.掌握测量电桥的半桥接法，和全桥接法。

7．掌握工程振动测试中常用的激振设备、测振传感器、放大器、记录器和分析设备的原理、结构和特点。

8．掌握正弦稳态激振、瞬态激振和和随机激振的基本原理和测试方法。 9．熟悉和掌握振动特性参数的常用测量方法以及对实验数据进行分析处理，得到结构动力特性参数。

10．通过整个教学实验过程，尤其是综合性实验、设计性实验，使学生了解科研试验的一般过程，培养学生观察现象，分析问题和解决问题的能力，同时巩固所学的振动力学、实验力学课程的理论知识。 六、实验或上机基本内容 （一）光弹性法

1.光弹性仪介绍。

2.平面光弹性应力-光学定律。 3.等差线。 4.等倾线。

5.剪应力差法。 （二）电测法 1.电阻应变计贴片练习。 2.应变计灵敏系数的测定。 3.应变计横向效应系数的测定。 4.薄壁圆管的扭矩应力测量。 5.长导线电阻对应变测量值的影响和修正。 6.悬臂梁的振动频率和应力测量。 （三）振动测量与分析部分 1.用激振设备作为激振源，使结构产生强迫振动，利用共振原理来获得结构的振动特性参数（有两个实验）。 2.利用电磁式振动台对测振传感器或测振系统进行校准，以使实验结果精确可靠。 3.用自由振动测试法，获得结构的固有频率并计算阻尼比。 4.用环境随机激振法测定结构的动力特性参数。 5.设计性实验1个。 五、实验内容和主要仪器设备与器材配置 实验类别 每组人实验学设主要仪器设备 备复套数 普通光弹性仪，拉伸模型一个，√ 5-6 2 圆盘模型一个，纯弯曲梁模型一个。 搅拌机、烘箱、铝锅、√ 5-6 2 电炉、烧杯、通风橱等 实验类别 设主要仪器设备 备复套数 主要消耗材料 4 环氧树脂材料及其它 4 环氧树脂材料 主要消耗材料 所在实验室 序号 实验项目 内容提要 验综设证 合 计 1.了解光弹性仪及各部件的作用，初001500025001* 光弹性仪的认识实验 步掌握仪器的使用。 2.了解等色线的意义，获得等色线的初步知识。 1.了解浇铸光弹性001500025002* 光弹性材料浇铸示范试验 板的全部过程及工艺。 2.了解原材料的配比、用量计算。 数 时 现代力学测试技术研究所 现代力学测试技术研究所 所在实验室 每组人实验学序号 实验项目 内容提要 验综设证 合 计 数 时 光弹仪，圆盘模型一个，拉伸试通过圆盘对径受001500025003* 材料条纹值测定 压，拉伸试件，纯弯曲梁，测定材料条纹值。 √ 5-6 2 件一个，纯弯曲梁一个，卡尺，加载附件，铅笔，橡皮，透明绘图纸。 光弹仪，圆1.描绘圆环对径受压时的等色线图。001500025004* 描绘等色线 水平对称轴上内外边界应力补偿。 2.描绘圆环内孔边界应力分布图。 √ 5-6 2 环，中心有小孔的圆盘各一个，加载附件，铅笔，橡皮，透明绘图纸。 1.用钉压法判断圆环的内外边界应力的符号。 001500025005* 钉压法及特性点认识 2.观察圆环，中心有小圆孔的圆盘，对径受压时所出现的各向同性点、奇点、隐没点、发源点。 1.了解对径受压圆盘的等倾线规律，并描绘对径受压圆盘等色线图和等倾线图。 001500025006* 剪应力差法 2.获取径受压圆盘与水平直径平行相距为0.8cm的OO截面上的n，θ，以及与OO’截面平行上下相距为Δy的两截面上的n，θ。 √ 5-6 2 光弹仪，圆盘，加载附件，铅笔，4 橡皮，透明绘图纸。 √ 5-6 2 4 4 环氧树脂材料、透明绘图纸、铅笔、电池、橡皮 环氧树脂材料、透明绘图纸、铅笔、电池、橡皮 环氧树脂材料、透明4 绘图纸、铅笔、电池、橡皮 现代力学测试技术研究所 现代力学测试技术研究所 现代力学测试技术研究所 光弹仪，圆环，中心有小孔的圆盘各一个，加载附件，铅笔，橡皮，透明绘图纸。 环氧树脂材料、透明绘图纸、铅笔、电池、橡皮 现代力学测试技术研究所 初步掌握常温用电001500025007* 电阻应变计的粘贴技术 阻应变计的粘贴技术。为后续实验做好准备。 √ 3 2 应变应变片，胶水， 试件，电线 3 片，胶水， 试件，电线 实验类别 设主要仪器设备 备复套数 等强度梁装置，三点 3 2 挠度计，电阻应变仪，螺丝刀，砝码 √ 等强度梁 3 2 装置，电阻应变仪，螺丝刀，砝码 3 应变片，胶水， 试件，电线 3 应变片，胶水， 试件，电线 主要消耗材料 现代力学测试技术研究所 所在实验室 现代力学测试技术研究所 现代力学测试技术研究所 现代力学测试技术研究所 现代力学测试技术研究所 每组人实验学序号 实验项目 内容提要 验综设证 合 计 本实验采用等强度梁装置、三点挠度001500025008* 应变计灵敏系数测定 计和电阻应变仪，测定应变计的灵敏系数。掌握半桥测量方法。 本实验采用等强度梁装置、电阻应变001500025009* 电阻应变计横向仪，测定应变计的效应系数的测定 横向效应系数。熟练掌握半桥测量方法。 本实验采用薄壁圆管弯扭装置、电阻001500025010* 薄壁圆管的扭矩应力测量 应变仪，测量在弯扭复杂受力情况下的扭矩应变。掌握全桥测量方法。 本实验采用薄壁圆管弯扭装置、电阻长导线电阻对应001500025011* 变测量值的影响和修正 应变仪。用10欧姆小电阻串联模拟长导线，组成全桥进行测量。了解长导线对应变测量值的影响并进行修正。 本实验采用等强度001500025012* 悬臂梁的振动频率和应力测量 梁装置、动态应变仪、动态分析仪。了解动态应变测量的基本方法。 √ √ √ √ 数 时 薄壁圆管弯扭装置，3 2 电阻应变仪，螺丝刀，砝码 3 应变片，胶水， 试件，电线 薄壁圆管弯扭装置，电阻应变3 2 仪，10欧姆小电阻，螺丝刀，砝码 3 应变片，胶水， 试件，电线 等强度梁3 2 装置，动态应变仪，动态分析仪 3 应变片，胶水， 试件，电线 现代力学测试技术研究所 √ 了解电磁式振动台001500025013* 电磁式振动台的认识实验 的原理及使用方法，学习频率、振幅、振型测试方法。 √ 5-6 2 TV5550型 振动台系统 1 试件，电线 现代力学测试技术研究所 了解速度型传感器的结构及原理，学001500025014* 低频速度型传感器的使用 会仪器配套使用，根据自由衰减振动曲线计算阻尼比及实验系统的固有频率。 速度型传感器及其配套放大 5-6 2 器：941测振仪、CF-910分析仪 1 现代力学试件，测试电线 技术研究所 设所在实验室 现代实验类别 每组人实验学主要仪器设备 备复套数 主要消耗材料 序号 实验项目 内容提要 验综设证 合 计 数 时 速度型传感器、加001500025015* 传感器（或测振系统）校准实验 速度传感器或测振系统校准（包括灵敏度、频响、线性度）。 √ 5-6 2 TV5550型 振动台系统 传感器 1 电线 力学试件，测试技术研究所 电磁式激振器、功率放大器、信钢悬臂梁自振频001500025016* 率、阻尼及振型测定 学习用共振方法测定结构的动力特性参数 √ 5-6 2 号发生器、加速度传感器、电荷放大器、DSPS动态信号处理系统。 现代利用环境随机激001500025017* 振法测定结构动力特性参数 学习用随机激振法测定结构动力特性参数，学习动态信号采集分析系统。 √ 5-6 2 941测振仪，DSPS动态信号处理系统。 1 电线 力学试件，测试技术研究所 1 电线 现代力学试件，测试技术研究所

力锤，加速用瞬态激振法测001500025018* 定小型结构的动力特性参数 学习用锤击法测定结构的动力特性参数。 √ 5-6 2 度传感器，DSPS动态信号处理系统。 1 现代力学试件，测试电线 技术研究所 注* 该实验项目在原来的基础上进行了完善 ** 该实验项目为先开设的

六、实验预习和实验报告的要求、考核方式

1.实验前要求学生预习各实验项目的实验目的、原理、仪器设备的使用方法和实验步骤；

2.实验后要求学生分组写出实验报告。 七、前修课程要求

《工程力学》、《振动力学》、《电工学》、《普通物理》、《材料力学》 八、学时分配 光测 序号 1 序号 2 3 4 5 6 7 8 电测 序号 内容 学时安排 理论实验习题课时 课时 课时 上机课时 小计 内容 光测力学概论 内容 平面光弹性定理 等色线、等倾线 三维光弹性定理、冻结切片法分析原理 三维模型内部应力的正射法、斜测法测定 光弹性材料的模型 相似理论和量纲分析 光测条纹数字图像信息采集与处理 总计 学时安排 理论实验习题课时 课时 课时 2 学时安排 理论实验习题课时 课时 课时 4 2 2 4 4 2 4 2 2 22 2 2 2 12 上机课时 上机课时 小计 2 小计 6 8 6 6 6 2 2 34 1 2 3 4 5 6 7 8 9 振动 序号 1 2 3 4 简介、应变测量基本原理 应变计工作特性、测量基本电路 应变计贴片练习 静动态应变测量与分析 应变计K系数测量，应变计H系数测量 薄壁圆管的扭转应力测量，长导线电阻对应变测量值的影响 动态应变测量演示 电阻应变式传感器简介 总计 2 2 2 2 8 2 3 2 2 9 2 2 2 2 3 2 2 2 17 内容 工程振动测量的基本概念 2 激振设备 4 惯性式测振传感器 5 常用振动测量系统 3 机械系统振动特性参数的常5 4 2 6 用测量方法 6 测振传感器和测试系统校准 2 2 4 7 数字信号处理分析技术 4 4 8 实验模态分析技术简介 4 2 6 9 10 总计 24 10 34 九、教材、实验指导书与主要参考书 课程教材名称：实验力学教程 实验指导书名称：实验力学实验指导书 1.《现代光测力学》, 戴福隆, 科学出版社, 1990 2.《光测力学教程》, 赵清澄主编, 高等教育出版社, 1996 3.《计算机辅助光学测量》, 金观昌, 清华大学出版社, 1997 4.《传感器原理及工程应用》, 郁有文, 西安电子科技大学出版社，2000 5.《振动量测与分析》，石沅，同济大学出版社，1990 6.《力学与工程》，李国豪，上海交通大学出版社，1999 7.《应变电测与传感器》，张如一，清华大学出版社, 1999

学时安排 理论实验习题课时 课时 课时 2 2 2 3 2 3 上机课时 小计

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