工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)教程

前言

本書是為高等院校力學(xué)、土木、機(jī)械工程、航空航天等專業(yè)高年級(jí)本科生和研究生編寫的一本實(shí)驗(yàn)力學(xué)教學(xué)參考書。了解相關(guān)力學(xué)實(shí)驗(yàn)原理，掌握必要實(shí)驗(yàn)技術(shù)，這對(duì)上述專業(yè)學(xué)生曰后從事與本專業(yè)相關(guān)的工作是非常必要的。作者多年來一直給碩士研究生講授“力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)”一課，有感于手頭沒有一本合適的教材，因此在整理相關(guān)講稿基礎(chǔ)上編寫了本書。和現(xiàn)有已出版的各類實(shí)驗(yàn)力學(xué)教材相比，本書在內(nèi)容設(shè)計(jì)上主要基于以下幾點(diǎn)考慮。首先，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)力學(xué)教材往往僅限于應(yīng)變電測(cè)和光測(cè)實(shí)驗(yàn)力學(xué)兩部分知識(shí)的介紹，考慮到超聲測(cè)試技術(shù)和磁測(cè)技術(shù)在現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)力學(xué)及無損檢測(cè)領(lǐng)域占據(jù)越來越重要的地位，本書在方法篇中增加了對(duì)這兩類方法的介紹。其次，隨著電鏡技術(shù)的發(fā)展，通過觀察微觀結(jié)構(gòu)，了解材料組分，分析結(jié)構(gòu)破壞原因，這已成為現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)件失效機(jī)理分析的一個(gè)主要手段，因此，本書在專題篇中有一章專門介紹電鏡分析知識(shí)。另外，當(dāng)被測(cè)試件尺寸小到微／納米量級(jí)，一些傳統(tǒng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)往往不再適用，與之相對(duì)應(yīng)建立的一些力學(xué)模型也需要做進(jìn)一步修正，因此，本書專門有一章介紹微／納米測(cè)試技術(shù)。同時(shí)，作為一本實(shí)驗(yàn)教材，本書在編寫時(shí)力求原理介紹簡(jiǎn)明扼要，同時(shí)注重對(duì)不同實(shí)驗(yàn)方法的典型應(yīng)用實(shí)例的列舉，即強(qiáng)調(diào)實(shí)用性。需要說明的是，本書內(nèi)容主要圍繞固體力學(xué)以及與固體材料相關(guān)的實(shí)驗(yàn)力學(xué)測(cè)試方法，有關(guān)流體力學(xué)的一些專門實(shí)驗(yàn)方法在本教材中未加介紹。本書前期準(zhǔn)備過程中得到了北京市“十一五”精品教材項(xiàng)目的支持，在內(nèi)容編寫過程中參照了國(guó)內(nèi)眾多同行編著的相關(guān)教材、手冊(cè)，以及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文，并在各章結(jié)尾對(duì)主要參考文獻(xiàn)進(jìn)行了列舉，這里對(duì)此一并表示感謝。由于我們的水平有限，以及編寫時(shí)間的倉(cāng)促，本書難免存在許多不足之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)、指正。

內(nèi)容概要

本書是一本工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)教材或?qū)嶒?yàn)指導(dǎo)書。書中不僅介紹了目前的一些力學(xué)實(shí)驗(yàn)方法的基本測(cè)試原理，而且深入講解了各自的優(yōu)缺點(diǎn)、適用范圍和工程應(yīng)用，從而使讀者可以更有效地運(yùn)用這些已有實(shí)驗(yàn)技術(shù)解決實(shí)際問題，并對(duì)現(xiàn)有方法進(jìn)行改進(jìn)擴(kuò)充，乃至于提出新的實(shí)驗(yàn)方法和測(cè)試原理?！　”緯潜本┦懈叩冉逃方滩牧㈨?xiàng)項(xiàng)目，全書包括兩部分，共8章。第一部分是方法篇，介紹力學(xué)實(shí)驗(yàn)中通常所涉及的4類基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)，即應(yīng)變電測(cè)技術(shù)、光測(cè)力學(xué)技術(shù)、磁測(cè)技術(shù)和超聲檢測(cè)技術(shù)的基本原理、測(cè)試方法及典型工程應(yīng)用；第二部分為專題篇，介紹工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)所涉及的一些專題問題及測(cè)試技術(shù)，包括斷裂力學(xué)測(cè)試技術(shù)、材料顯微分析技術(shù)、微／納米力學(xué)測(cè)試技術(shù)和相似原理及模型設(shè)計(jì)。　　本書可作為普通高等院校力學(xué)及相關(guān)專業(yè)本科生和研究生的實(shí)驗(yàn)教材，也可供從事力學(xué)研究和應(yīng)用的工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)和參考。

作者簡(jiǎn)介

王正道，教授、博士生導(dǎo)師，北京市精品課程“工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)”負(fù)責(zé)人，曾獲中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)全國(guó)徐芝綸力學(xué)優(yōu)秀教師獎(jiǎng)，教育部部新世紀(jì)人才基金等，主要研究領(lǐng)域包括先進(jìn)功能材料和結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為及強(qiáng)度分析、力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法的研究等，現(xiàn)擔(dān)任中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)青年委員會(huì)委員，北京

書籍目錄

緒論第一部分　方法篇　第1章　應(yīng)變電測(cè)技術(shù)　　1.1　應(yīng)變電測(cè)基礎(chǔ)　　　1.1.1　應(yīng)變電阻效應(yīng)　　　1.1.2　電阻應(yīng)變計(jì)　　　1.1.3　應(yīng)變電測(cè)法的優(yōu)缺點(diǎn)　　1.2　電測(cè)組橋技術(shù)　　　1.2.1　惠斯通電橋　　　1.2.2　半橋、全橋法　　　1.2.3　幾種接橋示例　　1.3　應(yīng)變電測(cè)若干技術(shù)問題　　　1.3.1　應(yīng)變片粘貼技術(shù)　　　1.3.2　應(yīng)變片粘貼方位誤差的影響　　　1.3.3　長(zhǎng)導(dǎo)線影響及修正　　　1.3.4　溫度變化影響及補(bǔ)償　　1.4　典型電阻應(yīng)變式傳感器簡(jiǎn)介　　　1.4.1　測(cè)力傳感器　　　1.4.2　扭矩傳感器　　　1.4.3　壓力傳感器　　　1.4.4　位移傳感器　　　1.4.5　加速度傳感器　　1.5　SHPB動(dòng)態(tài)沖擊變形測(cè)量方法　　　1.5.1　SHPB發(fā)展歷史　　　1.5.2　SHPB測(cè)試系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)原理　　　1.5.3　SHPB實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)基本問題　　1.6　參考文獻(xiàn)　第2章　光測(cè)力學(xué)技術(shù)　　2.1　云紋法　　　2.1.1　簡(jiǎn)介　　　2.1.2　基本原理　　　2.1.3　云紋法測(cè)量物體面外位移　　　2.1.4　云紋干涉法　　2.2　光彈性力學(xué)實(shí)驗(yàn)　　　2.2.1　光學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)　　　2.2.2　應(yīng)力光學(xué)定律　　　2.2.3　等傾線和等差線　　　2.2.4　光彈應(yīng)力測(cè)試技術(shù)　　2.3　散斑測(cè)試技術(shù)及其應(yīng)用　　　2.3.1　概述　　　2.3.2　散斑場(chǎng)的獲得　　　2.3.3　電子散斑干涉技術(shù)　　　2.3.4　數(shù)字散斑相關(guān)掛術(shù)　　　2.3.5　散斑測(cè)試技術(shù)工程應(yīng)用　　2.4　參考文獻(xiàn)　第3章　磁測(cè)技術(shù)　　3.1　基本概念　　　3.1.1　磁場(chǎng)強(qiáng)度、感戍磁場(chǎng)、磁導(dǎo)率　　　3.1.2　鐵磁性材料及磁滯回線　　　3.1.3　磁疇和磁疇結(jié)構(gòu)　　　3.1.4　磁致伸縮效應(yīng)和逆磁致伸縮效應(yīng)　　3.2　磁粉探傷　　　3.2.1　磁粉探傷的優(yōu)缺點(diǎn)　　　3.2.2　磁粉探傷的影響因素　　　3.2.3　磁粉探傷的工程應(yīng)用　　3.3　漏磁檢測(cè)　　　3.3.1　測(cè)試原理　　　3.3.2　缺陷的漏磁場(chǎng)信號(hào)特點(diǎn)　　　3.3.3　漏磁場(chǎng)信號(hào)影響因素　　　3.3.4　漏磁檢測(cè)中缺陷的量化　　　3.3.5　漏磁場(chǎng)檢測(cè)工程應(yīng)用　　3.4　巴克豪森磁噪聲法　　　3.4.1　檢測(cè)原理　　　3.4.2　巴克豪森磁噪聲信號(hào)影響因素　　　3.4.3　巴克豪森檢測(cè)法的工程應(yīng)用　　3.5　磁聲發(fā)射檢測(cè)　　　3.5.1　檢測(cè)原理　　　3.5.2　應(yīng)力的影響　　　3.5.3　MAE檢測(cè)系統(tǒng)　　　3.5.4　應(yīng)用示例　　……第二部分　專題篇

章節(jié)摘錄

插圖：在本書的撰寫過程中，我們主要遵循以下一些原則：（7）實(shí)驗(yàn)方法介紹力求系統(tǒng)全面。從大的測(cè)試原理來說，工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)主要包括應(yīng)變電測(cè)技術(shù)、光測(cè)力學(xué)技術(shù)、磁測(cè)技術(shù)和超聲檢測(cè)技術(shù)4大類。目前關(guān)于應(yīng)變電測(cè)技術(shù)、光測(cè)力學(xué)實(shí)驗(yàn)教材及參考書較多，但相比較而言，超聲檢測(cè)和磁測(cè)實(shí)驗(yàn)教材非常缺乏。這方面已出版的一些專著也主要偏重于理論分析，缺乏從工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)角度給予介紹。考慮到超聲檢測(cè)和磁測(cè)技術(shù)在現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)力學(xué)和無損檢測(cè)領(lǐng)域均占有越來越重要的地位，讀者在科學(xué)研究和工程實(shí)踐中有可能涉及，本書對(duì)這兩類測(cè)試技術(shù)進(jìn)行了專門的介紹。（2）測(cè)試原理描述盡量簡(jiǎn)明扼要。本書是一本實(shí)驗(yàn)教程，因此不特別強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)全面的理論框架體系建立（如超聲檢測(cè)中的彈性波理論、磁測(cè)應(yīng)力中的電磁學(xué)理論），而是從實(shí)驗(yàn)測(cè)試角度介紹各種測(cè)試方法的基本原理、測(cè)試方法、優(yōu)缺點(diǎn)以及工程應(yīng)用，尤其強(qiáng)調(diào)工程應(yīng)用性。書中每章在對(duì)各類實(shí)驗(yàn)方法基本原理介紹的基礎(chǔ)上，均列舉了大量典型應(yīng)用實(shí)例。（3）適當(dāng)注重一些工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)前沿新方法的介紹。例如，傳統(tǒng)超聲檢測(cè)和磁測(cè)應(yīng)力技術(shù)適合對(duì)已有宏觀裂紋的測(cè)定，隨著工程界對(duì)結(jié)構(gòu)在役安全和剩余壽命的關(guān)注，構(gòu)件由于制造裝配造成的應(yīng)力集中以及由于長(zhǎng)期服役造成的性能退化越來越受到重視。因此，書中適當(dāng)引進(jìn)了這部分內(nèi)容，在超聲檢測(cè)中介紹了材料或構(gòu)件早期性能退化的超聲非線性檢測(cè)技術(shù)，在磁測(cè)技術(shù)部分介紹了材料或構(gòu)件應(yīng)力集中的金屬磁記憶技術(shù)檢測(cè)方法，等等。工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)是一門綜合性的應(yīng)用學(xué)科，它牽涉的知識(shí)面較廣，特別是應(yīng)用它來解決實(shí)際問題時(shí)更是如此。介紹各類實(shí)驗(yàn)方法，必然離不開對(duì)其基本操作步驟、注意事項(xiàng)等的介紹，但僅限于此，則會(huì)成為一本工程師的操作手冊(cè)?？紤]到本書使用對(duì)象是力學(xué)及相關(guān)專業(yè)本科生和研究生，在編寫過程中我們更為強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)各類實(shí)驗(yàn)原理內(nèi)在物理意義的了解和掌握，注重讓學(xué)生清楚現(xiàn)有各類力學(xué)實(shí)驗(yàn)方法各自存在的局限性。知其不足方能有所創(chuàng)新！希望學(xué)生首先能很好掌握現(xiàn)有各類力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，在此基礎(chǔ)上，通過不斷努力，提出和建立新的力學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)和實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，這對(duì)該學(xué)科的發(fā)展和工程應(yīng)用具有更為重要的意義。

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