工程力学实验

工程力学实验是工程应用和科学研究中必不可少的重要环节，主要涉及各种工程材料（比如金属、陶瓷、高分子材料和复合材料）在各种环境条件下的力学性能测试以及对各种工程结构进行应力、应变和位移测量的实验应力分析等。材料力学性能，也称机械性能，是指材料在力、温度和其他介质的作用下所表现的力学行为，主要表现为材料的变形和破坏，材料的力学性能主要有：强度、刚度，弹性、塑性，冲击韧性、疲劳和断裂韧性等，反映了材料抵抗变形和破坏的能力。材料力学性能指标是对材料力学性能的定量描述。强度指标有屈服极限、强度极限、条件屈服极限、剪切屈服极限、剪切强度极限、疲劳强度极限；弹性常数有E、μ、G；塑性指标有截面收缩率、延伸率、冲击韧性、疲劳强度、断裂韧性指标KIC、δC、JIC等。材料的力学性能取决于材料的内在化学成分，组织结构，冶金质量和内部缺陷等；也取决于它的外在因素，如载荷性质（静载、动载、冲击载荷和交变载荷），应力状态（如拉、压、剪、扭、弯曲及它们的组合），环境温度、介质的影响，通过对材料在不同条件下的力学性能的测试，可以为工程结构的选材及预防失效提供可靠的依据。实验应力分析是用实验方法测定构件中的应力和变形，是解决工程强度问题的一个重要手段，通过实验的方法进行应力应变测量，应用实验应力分析，可解决下列问题：(1) 对应力分析理论计算方法进行验证或校核，并可从实验中探索规律，为理论工作提供前提条件。(2) 在设计过程中，可测定模型中的应力或变形，根据测定的结果来选择构件*合适的尺寸和结构形式。(3) 采用实验应力分析方法可测定现有设备中各构件的真实应力状态，找出*大应力的位置及数值，从而评定构件的安全可靠性，并为提高构件利用率和承载能力给出依据。(4) 可对破坏或失效的构件进行分析，提出改进措施，防止再次出现破坏或失效现象。(5) 测定构件在工作过程中所受载荷大小及方向，或测定影响载荷情况的各种运动参数（例如位移、加速度等）。随着电子技术、激光技术、信息技术和计算机技术的发展，实验应力分析手段也得到了迅速的发展，各种新的实验应力分析方法层出不穷，这些方法不仅能测量应力和变形，而且可测定压力、加速度、裂纹扩展位移和速率以及构件的残余应力。本书由邵俊华任主编，陈浩、司剑峰、蒋培、黄健任副主编。具体编写分工为：陈浩编写部分的实验四，第二部分的实验一、实验十一；司剑峰编写部分的实验一，第二部分的实验三；蒋培编写第二部分的实验四；黄健编写部分的实验三；其他内容由邵俊华编写。全书由邵俊华统稿。由于编者水平有限，难免存在错误和不足之处，敬请读者批评指正，多提宝贵建议，便于我们进一步完善和修订。作者2021年3月于武汉

力学实验是工程应用和科学研究中必不可少的重要环节，主要涉及各种工程材料（比如金属、陶瓷、高分子材料和复合材料）在各种环境条件下的力学性能测试以及对各种工程结构进行应力、应变和位移测量的实验应力分析等。材料力学性能是指材料在力、温度和其它介质的作用下所表现的等力学行为，主要表现为材料的变形和破坏，材料力学性能的指标反映了材料抵抗变形和破坏的能力。材料力学性能指标主要有：强度、刚度，弹性、塑性，冲击韧性、疲劳和断裂韧性等。强度指标有屈服极限、强度极限、条件屈服极限、剪切屈服极限、剪切强度极限、疲劳强度极限；弹性常数有E、μ、G；塑性指标有截面收缩率、延伸率、冲击韧性、疲劳强度、断裂韧性指标KIC、δC、JIC等。

武汉科技大学理学院工程力学系高级工程师，研究方向为螺栓安全在线健康监测（强度、疲劳），2004年获湖北省科技进步二等奖，2009年获武汉科技大学教学成果三等奖。

部分金属材料力学性能测试实验

概述(2)

实验一金属材料拉伸实验(3)

实验二金属材料压缩实验(11)

实验三金属材料扭转实验(15)

实验四金属材料剪切破坏试验(20)

实验五金属材料冲击破坏实验(23)

第二部分应力应变测量

概述(28)

实验一电阻应变片的粘贴实验(40)

实验二电阻应变片测量原理及接线实验(44)

实验三梁弯曲正应力实验(47)

实验四弯扭组合变形实验(51)

实验五电阻应变片灵敏度系数标定实验(57)

实验六电阻应变片横向效应系数的测定(60)

实验七金属材料弹性模量和泊松比的测定(62)

实验八等强度梁冲击动应力实验(65)

实验九三角架结构应力与内力测试实验(68)

实验十叠梁、复合梁应力测试实验(70)

实验十一桁架与刚架应力与内力测量实验(73)

实验十二曲梁与拱结构内力测量实验(76)

实验十三螺栓松动的实验研究(79)

第三部分光弹性测量

概述(82)

实验一对径受压圆盘光弹性实验(89)

附录A实验数据处理和不确定度概念(92)

参考文献(102) 

工程力学为工程类学科的一门主干课程，是培养学生在工程中有关力学方面计算能力的技术基础课。通过工程力学的学习，要求学生对物体的受力及其分析、构件的强度、刚度和稳定性问题具有明确的基本概念，必要的基础理论知识，比较熟练的计算能力，一定的分析能力和初步的实践能力。工程力学在高级工程技术人才的培养过程中，具有建立专业技术基础，培养开发创新能力的作用。武汉科技大学材料冶金、资源工程、化学化工和城市建设等专业的学生均上此课，需求量较大。