材料力學(xué)實驗

前言

　　伴隨著工業(yè)化的進(jìn)程，越來越多的結(jié)構(gòu)材料投入實際使用，各種材料的力學(xué)性質(zhì)如何，需要準(zhǔn)確測試它們的抗拉壓性質(zhì)、抗扭轉(zhuǎn)性質(zhì)，進(jìn)而測試抗沖擊、抗疲勞陛質(zhì)；部分特殊方式受荷零件還要測試抗剪切性質(zhì)、抗擠壓性質(zhì)等。根據(jù)多數(shù)工業(yè)廣泛流行的互換性原理，需要建立統(tǒng)一的測試標(biāo)準(zhǔn)，以達(dá)到同類型構(gòu)件的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)一致、效果一樣。由此理念，材料試驗從單一零散、各自為陣走向分門別類、標(biāo)規(guī)劃一，才有現(xiàn)代的關(guān)于材料的國家標(biāo)準(zhǔn)的建立。材料的力學(xué)性質(zhì)確立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，材料試驗的硬件設(shè)備功不可沒。可以說，材料標(biāo)準(zhǔn)是與試驗機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)形影相隨的，與此相應(yīng)，材料試驗的專用儀器設(shè)備也逐漸成為產(chǎn)業(yè)。也可以說，試驗機(jī)的變化發(fā)展成為撬動材料試驗的杠桿，試驗儀器設(shè)備質(zhì)量的提升無疑是工業(yè)精準(zhǔn)化的推力。　　材料力學(xué)實驗項目主要在實驗室內(nèi)進(jìn)行，將欲知力學(xué)性質(zhì)的材料制成國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試樣，試驗者應(yīng)根據(jù)試驗要求對試樣進(jìn)行試驗前、試驗時的尺寸量測等，所用測量器具有游標(biāo)卡尺、百分表等；遂將試樣裝夾在材料試驗機(jī)上進(jìn)行試驗，試驗機(jī)能提供試驗過程中即時采集的荷載、變形等有關(guān)數(shù)據(jù)，并且給出數(shù)據(jù)精度等，這就是材料力學(xué)實驗中硬件的功能。　　機(jī)具的實驗數(shù)據(jù)有的需人工讀取，有的則自動記錄。力學(xué)量的測量分為直接測量和間接測量。直接測量是指無需對被測量與其他實測量進(jìn)行一定函數(shù)關(guān)系的輔助計算而直接得到被測量值的測量；間接測量是指通過直接測量與被測參數(shù)有已知關(guān)系的其他量而得到該被測參數(shù)量值的測量。一般的測量儀器機(jī)具多為直接測量。　　人們從試驗機(jī)器設(shè)備、測儀量具的演變，可以觸及實驗硬件的靈魂，從操作性、實用性、適用性、精密性等角度觀察，也許會獲得某些靈感。鑒于試驗儀器設(shè)備的成規(guī)模生產(chǎn)，各種各樣的儀器機(jī)具都有一定的用戶，本章有時在詳述操作步驟時提及某具體設(shè)備儀器，當(dāng)理解為示范介紹，便于理解。實際上，在當(dāng)今世界氣候問題、低碳經(jīng)濟(jì)的理念下，說存在競爭，那就是產(chǎn)品的能耗比的競爭，機(jī)械效率的競爭，精密性、可靠性的競爭，自然，這些競爭會體現(xiàn)在材料力學(xué)實驗領(lǐng)域里，不能一概否定往日機(jī)械式產(chǎn)品的作用。例如，儀量具等，有著獨(dú)特的優(yōu)勢——使用時不耗能且是直接測量！現(xiàn)在，人們來認(rèn)識一下材料力學(xué)的“武器”吧。　　本章一般前一部分為量具、儀器一類的敘述，后面是機(jī)器設(shè)備的介紹，使用頻率不高的機(jī)具置于后部。

內(nèi)容概要

本書為21世紀(jì)高等學(xué)校規(guī)劃教材。    本書按照教育部高等學(xué)校力學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會有關(guān)教學(xué)要求編寫，它與材料力學(xué)課程實驗配套使用。    全書共分六章：第1章是緒論，介紹了實驗的特點、意義、課程的內(nèi)容、實驗程序和規(guī)章制度等。第2章是實驗儀器設(shè)備功能，介紹了常用儀器、設(shè)備的構(gòu)造、工作原理、操作規(guī)程及其注意事項。第3章是數(shù)據(jù)統(tǒng)計和相似理論，包括誤差分析、數(shù)理統(tǒng)計、量綱分析和相似理論。第4章是材料的力學(xué)性質(zhì)試驗，包含材料力學(xué)課程基本要求規(guī)定的實驗內(nèi)容，對實驗的要求、操作規(guī)程和步驟等做了描述，以加強(qiáng)基本知識和技能的培養(yǎng)。第5章是實證性實驗，即為檢驗材料力學(xué)理論公式的實驗。第6章是拓展性實驗，屬提高性實驗項目，包含有綜合性、設(shè)計性和應(yīng)用性的意味。    本書為高等院校力學(xué)教學(xué)用書，也可供其他相關(guān)科技人員選讀。

書籍目錄

前言第1章  緒論  1.1  材料力學(xué)實驗的特點  1.2  材料力學(xué)實驗的意義  1.3  材料力學(xué)實驗具體目標(biāo)  1.4  材料力學(xué)實驗內(nèi)涵的認(rèn)識  1.5  材料力學(xué)實驗的基本程式  1.6  材料力學(xué)實驗規(guī)章制度第2章  實驗儀器設(shè)備功能  2.1  概述  2.2  百分表或千分表  2.3  游標(biāo)卡尺  2.4  高度游標(biāo)卡尺  2.5  球鉸式引伸儀  2.6  蝶式引伸儀  2.7  電測法基本原理  2.8  電阻應(yīng)變片和應(yīng)變花  2.9  電橋  2.10  測量橋路的布接  2.11  電阻應(yīng)變儀  2.12  測力儀和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)  2.13  多功能組合試驗臺  2.14  萬能材料試驗機(jī)  2.15  扭轉(zhuǎn)試驗機(jī)  2.16  電液伺服萬能試驗機(jī)  2.17  壓電式加速度傳感器第3章  數(shù)據(jù)統(tǒng)計和相似理論  3.1  概述  3.2  數(shù)據(jù)的記錄和修約  3.3  誤差的分析和控制  3.4  數(shù)據(jù)的表示方法  3.5  數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析  3.6  量綱分析  3.7  相似理論第4章  材料的力學(xué)性質(zhì)試驗  4.1  概述  4.2  單軸拉伸試驗  4.3  單軸壓縮試驗  4.4  拉伸時材料彈性模量E和泊松比μ的測定  4.5  扭轉(zhuǎn)試驗  4.6  材料切變模量G的測定  4.7  沖擊試驗  4.8  金屬疲勞試驗第5章  實證性實驗  5.1  概述  5.2  梁的彎曲正應(yīng)力實驗  5.3  彎扭組合變形主應(yīng)力的測定  5.4  偏心拉伸實驗  5.5  非對稱彎曲實驗  5.6  壓桿穩(wěn)定實驗第6章  拓展性實驗  6.1  概述  6.2  電阻應(yīng)變片的粘貼試驗  6.3  電阻應(yīng)變片的接橋方法實驗  6.4  工程桁架實驗  6.5  超靜定梁實驗  6.6  超靜定剛架實驗  6.7  組合梁彎曲正應(yīng)力實驗  6.8  測量應(yīng)力集中因數(shù)并驗證內(nèi)力應(yīng)力關(guān)系試驗  6.9  光彈性測試原理及對徑受壓圓盤實驗附錄  常用材料的主要力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　我國大部分工科院校都必設(shè)置材料力學(xué)課程，從材料力學(xué)內(nèi)容所牽涉的如此廣泛的面這一點足以理解其重要性。　　材料力學(xué)實驗是材料力學(xué)課程的有機(jī)組成部分，可以從不同的視角觀察材料力學(xué)實驗的作用，一方面，它很好地解釋了材料力學(xué)理論的構(gòu)建過程，作為實驗課程，它敘述了前人的研究與實踐的成果；另一方面，它也在隨科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展著，新的實驗方法或新的實驗裝置在不斷地出現(xiàn)，動態(tài)地豐富著材料力學(xué)的科學(xué)內(nèi)涵。　　正是基于以上認(rèn)識，編著者才始有編著本書的初衷。至于本書的構(gòu)思和成書的直接動因，則是出于作為現(xiàn)在的力學(xué)工作者的責(zé)任和義務(wù)，即與同行們切磋、交流材料力學(xué)實驗方面的體會和經(jīng)驗。編著本書的客觀條件是編著者大都有比較長時間的材料力學(xué)實驗教學(xué)的經(jīng)歷和經(jīng)驗，有相應(yīng)的資料積累。例如，編著者最早的材料力學(xué)實驗指導(dǎo)書的鉛印版本出現(xiàn)在1984年12月（校內(nèi)教材），即由喻曉今執(zhí)筆編寫，此版本略加修改、再版多次。后來，為了適應(yīng)新形勢、新裝置等原因，鄒定環(huán)等又于2005年4月在所述原版基礎(chǔ)上推出了新版本。此外，編著者所在的材料力學(xué)實驗室的硬件設(shè)備建設(shè)有一定成果，已有自主開發(fā)的裝置支援了不少院校（30余所），這當(dāng)然是成書進(jìn)行硬件實質(zhì)性交流的更實在的原因。加上教育部的基礎(chǔ)課實驗教學(xué)示范中心建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的鞭策，本書的編著便水到渠成?！　”緯幹凶⒁饬艘韵聨讉€著眼點的貫徹落實?！　。?）按照教育部高等學(xué)校力學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會力學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會于2008年10月公布的《理工科非力學(xué)專業(yè)力學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求（試行）》（簡稱《基本要求》）的規(guī)范來布置實驗，并應(yīng)指示使講述的實驗包含驗證性實驗、綜合性實驗、設(shè)計性試驗和創(chuàng)新性試驗等。讓內(nèi)容針對目前大多數(shù)學(xué)校流行的項目和設(shè)備而展開，這樣，實驗就有廣度，以完成實驗擔(dān)負(fù)的推進(jìn)素質(zhì)教育的任務(wù)。本書內(nèi)容足夠的使用廣泛性，適于本科學(xué)習(xí)?！　。?）由于單獨(dú)設(shè)課和開放實驗室的學(xué)校在不斷增加，為了使本書也有一定的深度，在上述《基本要求》以外書中選用了編著者開發(fā)的綜合性實驗、設(shè)計性試驗內(nèi)容，同時介紹了相應(yīng)的實驗設(shè)備，以供讀者參考，力求使實驗具有可選擇性。本書的拓展性實驗等可望有惠于行業(yè)及相關(guān)的工程技術(shù)?！　。?）本書力圖做到構(gòu)架、闡述和潤色既有普遍性又有特殊性。例如，為了喚醒讀者的實踐欲望，有關(guān)敘述從身邊發(fā)生的力學(xué)現(xiàn)象出發(fā)，從設(shè)身處地的感性體驗，到千錘百煉的理性提煉，將實驗科學(xué)拉向讀者身邊；再如，為加強(qiáng)面對初學(xué)讀者的針對性，在思考題后面進(jìn)行提示，以幫助其提高閱讀興趣，加快學(xué)習(xí)進(jìn)度；陳述方式關(guān)注了各方內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系?！　。?）生活化的實例、手繪插圖的采用，用意在于趣味性和可讀性，能夠吸引其他工程技術(shù)人員的閱讀欲也是本書的一個追求。

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