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本書的主要內容分為實驗前的預備知識、材料力學基本實驗、材料力學擴展實驗、材料力學趣味實驗及材料力學實驗常用設備與儀器等章節,其中基本實驗、擴展實驗及趣味實驗構成了本書的主要部分。基本實驗包括應變片粘貼、材料的拉伸及壓縮性能、彈性常數的測定、材料的扭轉性能、直梁彎曲、梁變形、彎扭組合和偏心拉伸8個實驗內容;擴展實驗包括光彈性、聲發射、聲彈性、壓桿穩定、薄壁梁、復合材料力學性能測試和金屬材料疲勞7個實驗內容;趣味實驗包括3根火柴吊水和紙質桌腿承力2個實驗內容。

本書與《材料力學》教材配套使用,主要面向工科院校、航空、機械、建筑、交通等專業的學生,也可供教材力學性能測試的工程師參考。

“材料力學”是一門建立在實驗基礎之上的歸納性力學課程，實驗是課程教學的一個重要組成部分。材料力學實驗不但可使學生通過真實的實驗現象來理解相關理論知識的來源和內涵,而且還可通過設備與儀器的操作培養學生的動手能力、訓練學生掌握基本的實驗技能,以及了解相關的國家實驗標準，為以后從事科研工作和工程實踐奠定良好的基礎。

建校之初，北京航空航天大學就匯聚了一批具有國際視野的航空專家和力學家，成立了實力雄厚的材料力學教研室(包括實驗室)。課程既吸收了蘇聯嚴謹的材料力學課程體系，也汲取了西方教育的成功經驗，形成了重視培養理論分析、計算能力和實驗動手能力的教學特色，在我校歷史上有很好的口碑與影響。課程先后獲評校優質課和精品課、北京市精品課、國家級精品課和國家級精品資源共享課立項,是國家工科基礎課程(力學)教學基地的重要組成部分，曾獲國家優秀教學成果優秀獎、二等獎和北京市一等獎。

目前,在北京航空航天大學的“材料力學”課程教學設置中，材料力學實驗并沒有獨立設課，而是作為整個課程的一部分教學內容而存在。由于課時所限，在實驗內容設置上也僅僅圍繞“材料力學”本身的一些基礎理論，而將許多具有航空航天特色的實驗只能作為選修內容提供給那些學有余力的學生。為了進一步強化材料力學實驗在課程教學和學生培養體系中的地位，材料力學實驗獨立設課在我校成為一種趨勢。在這種情況下,編寫一套既體系完整、內容充實，又能突出航空航天特色的教材就成為迫在眉睫的任務。為此，材料力學教研室對實驗教材的內容重新進行了規劃，決定整合現有必修和選修的實驗內容，同時參考相關教師在航空航天領域的科研成果，并對其加以提煉和簡化,使之更加貼合材料力學課程內容而納入到實驗體系中來。

本教材中的傳統材料力學實驗部分來源于本校自編的實驗講義，它是我校材料力學教研室，特別是實驗室幾代教師多年工作經驗的積累和總結。在新教材的編寫過程中，材料力學教研室的同事們群策群力，特別是具有多年教學經驗的老教師們給予了很好的建議，作者在此一并表示謝意。同時我們也參考了二十多所兄弟院校編寫的同類教材，吸取它們的優點，力爭寫出一本具有特色的實驗教材。

本教材除了含有傳統的材料力學實驗外，還嘗試把一些最新的實驗技術吸收進來，例如:利用聲發射技術測試屈服應力、聲彈性技術測試螺栓預緊力等，以使學生能夠盡早地接觸和掌握這些新的實驗技術。為了便于學生學習，本教材還將完整的實驗步驟和數據處理方法較詳細地呈現出來，學生只要根據實驗步驟測出數據，并進行誤差分析即可。同時，我們增加了一些與材料力學內容相關的趣味力學實驗，以激發學生的學習興趣，培養學生觀察、思考和探究的科學精神。總之,這是北京航空航天大學材料力學實驗教學的第一本正式出版教材，盡管作者努力想把它寫好，但不足和錯誤仍不可避免，望廣大教師和專家們批評指正。

作 者

2019年12月

第1章 緒 論 1

1.1 材料力學實驗的性質和任務 1

1.2 材料力學實驗的特點和方法 1

第2章 實驗前的預備知識 3

2.1 電測法基礎 3

2.1.1 電測法的基本概念及原理簡介 3

2.1.2 應變片及其種類 3

2.1.3 箔式電阻應變片及其構造 3

2.1.4 應變片的主要技術參數 5

2.1.5 靜態應變儀的工作原理及接入方法 8

2.1.6 應變測試誤差的影響因素 11

2.2 常見的實驗數據處理方法 12

2.2.1 誤差的概念、類型及精度概念 12

2.2.2 有效數字及其運算規則 15

2.2.3 實驗數值修約規則 16

2.2.4 數據統計概念及方法 17

第3章 材料力學基本實驗 21

3.1 應變片粘貼實驗 21

3.1.1 實驗目的 21

3.1.2 實驗原理 21

3.1.3 實驗件、實驗耗材及實驗工具 22

3.1.4 實驗步驟 23

3.1.5 思考題 25

3.2 金屬材料的軸向拉伸、壓縮力學性能 26

3.2.1 實驗目的 26

3.2.2 實驗原理 26

3.2.3 試驗設備和試件 29

3.2.4 實驗步驟 30

3.2.5 實驗結果處理 31

3.2.6 思考題 33

3.3 材料彈性模量和泊松比測定實驗 33

3.3.1 實驗目的 33

3.3.2 實驗原理 33

3.3.3 實驗儀器和試件 35

3.3.4 實驗步驟 36

3.3.5 實驗結果處理 36

3.3.6 思考題 37

3.4 金屬材料扭轉時的力學性能 37

3.4.1 實驗目的 37

3.4.2 實驗原理 37

3.4.3 實驗設備和裝置 41

3.4.4 實驗步驟 42

3.4.5 實驗結果處理 43

3.4.6 思考題 43

3.5 直梁彎曲實驗 43

3.5.1 實驗目的 44

3.5.2 實驗原理 44

3.5.3 實驗設備和裝置 46

3.5.4 實驗步驟 48

3.5.5 實驗結果處理 48

3.5.6 思考題 48

3.6 梁變形實驗 48

3.6.1 簡支梁實驗 49

3.6.2 懸臂梁實驗 52

3.7 彎扭組合實驗 54

3.7.1 實驗目的 54

3.7.2 實驗原理 54

3.7.3 實驗設備和裝置 57

3.7.4 實驗步驟 58

3.7.5 實驗結果處理 59

3.7.6 思考題 59

3.8 偏心拉伸實驗 59

3.8.1 實驗目的 59

3.8.2 實驗原理 60

2 材料力學實驗

3.8.3 實驗設備和試件 61

3.8.4 實驗步驟 62

3.8.5 實驗結果處理 62

3.8.6 思考題 63

第4章 材料力學擴展實驗 64

4.1 光彈性實驗 64

4.1.1 實驗目的 64

4.1.2 實驗原理 64

4.1.3 實驗設備和試件 67

4.1.4 實驗步驟 68

4.1.5 實驗結果 68

4.2 采用聲發射技術測試材料的屈服應力 69

4.2.1 實驗目的 69

4.2.2 實驗原理 70

4.2.3 實驗設備和試件 71

4.2.4 實驗步驟 71

4.2.5 參考結果 72

4.3 聲彈性法測量螺栓的預緊力 73

4.3.1 實驗目的 73

4.3.2 實驗原理 74

4.3.3 實驗設備 77

4.3.4 實驗步驟 78

4.3.5 實驗數據處理與參考結果 79

4.4 壓桿臨界載荷測定實驗 82

4.4.1 實驗目的 82

4.4.2 實驗原理 82

4.4.3 實驗設備和試件 83

4.4.4 實驗步驟 84

4.4.5 實驗數據處理與參考結果 84

4.5 薄壁復合梁實驗 85

4.5.1 實驗目的 85

4.5.2 實驗原理 86

4.5.3 實驗設備和試件 87

4.5.4 實驗步驟 88

4.5.5 實驗數據處理與參考結果 89

目 錄 3

4.6 復合材料單層板拉伸力學性能實驗 89

4.6.1 實驗目的 89

4.6.2 實驗原理 90

4.6.3 實驗設備和試件 92

4.6.4 實驗步驟 93

4.6.5 實驗數據處理與參考結果 94

4.7 金屬材料疲勞實驗 96

4.7.1 實驗目的 96

4.7.2 實驗原理 96

4.7.3 試驗設備和試件 98

4.7.4 實驗步驟 99

4.7.5 實驗數據處理與參考結果 100

第5章 材料力學趣味實驗 102

5.1 3根火柴吊起8瓶水的力學奧秘 102

5.1.1 實驗內容 102

5.1.2 結構的工作原理 103

5.1.3 關于結構承重能力的探討 103

5.1.4 參考實驗 105

5.1.5 結論與建議 106

5.2 紙質桌腿的最大承載能力 106

5.2.1 實驗內容與要求 106

5.2.2 實驗原理 107

5.2.3 實驗器材 107

5.2.4 實驗方案 107

第6章 材料力學實驗常用設備與儀器 109

6.1 微機控制電子式萬能試驗機 109

6.1.1 試驗機的構成 109

6.1.2 試驗機的重要技術參數 111

6.1.3 試驗機的操作和工作模式設置 111

6.2 扭轉試驗機 113

6.2.1 試驗機的構成 113

6.2.2 試驗機的重要技術參數 114

6.2.3 試驗機的操作和工作模式設置 114

6.3 靜態電阻應變儀 115

4 材料力學實驗

6.3.1 概 述 115

6.3.2 應變儀的電路組成 116

6.3.3 應變儀的操作 117

6.4 位移傳感器 121

6.4.1 機械式及電子式位移計(百分表/千分表) 121

6.4.2 差動式位移傳感器 122

6.4.3 電子引伸計 123

參考文獻 126