实验力学.ppt

1、实验力学刘彦菊理学楼537TEL: 86414825-MAIL: YJ_LIUHIT.EDU.CN,总 学 时：50 讲课学时：20 实验学时：30 先修课程：材料力学、理论力学、弹性力学、结构动力学 考核方式：实验成绩60%，期末考试成绩：40%。,课程安排,授课学时：20 起止周次：11-15周 上课时间：周二3-4节，周四3-4节 上课地点：正心316 考试时间：20周 周五（7月13日） 13：45-15：45 考试教室：致知21 实验学时：30（七个实验） 起止周次：1319周,教材及参考书： 实验力学，盖秉正主编，2006年 实验力学，尹协振、续伯钦、张寒

2、虹主编，高等教育出版社，2011年 工程实验力学，计欣华、邓宗白等编著，机械工业出版社，2005年 实验力学，戴福隆、沈观林、谢惠民主编，清华大学出版社，2010年,课程内容（实验部分）,复杂应力电测实验, 6学时，第13周，L0427 应变式传感器制作，6学时，第14-19周，L0427 动态应变测量实验，4学时，第15周，L0022 光弹实验, 4学时，第16周，L0415 云纹、散斑干涉实验，4学时，第17周，L0415 纳米压痕实验, 2学时，第18周，L0414 疲劳、断裂实验, 4学时，第19周，L0002、L0023,第一章 绪论,实验力学的任务与作用 实验力学中的基本方法 实验

3、力学的发展概况,一、实验力学的任务与作用,实验力学是用实验的方法对结构进行力学分析的一门学科。 以结构物的原型或模型为研究对象，通过对力学、物理量的测量来揭示其力学性态和变化规律。 为理论研究提供验证，优化工程设计方案，对工程结构进行失效分析,F-15凌空解体 (2007),波音737疲劳损坏(2012),A380翼肋托架疲劳裂纹 (2011),甬温线特别重大铁路交通事故 (2011),意大利豪华邮轮触礁侧翻 (2012),上海在建楼房倒塌事故(2009),载荷情况： 载荷形式 静、动 载荷大小,材料,结构形式 支撑形式,环境： 动力、风、水 温度、磁场,运动状态： 位移、 速度、 加速度 变

4、形： 应力、 应变,材料： 材料性能 疲劳强度 断裂性能,结构： 固有频率 阻尼、刚度 强度,船舶,建筑,飞行器,安全性 可靠性 稳定性,海上钻井平台的结构健康在线监测,波音787的全尺寸疲劳试验,波音787的模拟机翼试验件疲劳试验,翼盒是将机翼与机身相连接的悬臂梁，能支撑前缘和后缘装置、操纵舵面、发动机以及起落架。试验结构件为机翼段的一部分，即从飞机中部到大约翼展的一半处，长度约为50英尺（15.2米）的结构。试验件最宽处长约18英尺（5.5米）。 为了达到认证要求，机翼必须能承受相当于最大气动载荷1.5倍，即150%的载荷。,东方明珠电视塔抗震模型试验 （破坏部位、破坏形式、抗震能力）,二

5、、实验力学中的基本方法,直接法,间接法,比拟法,机械引伸计法,电测法,脆性涂层法,莫尔法,光测法,声测法,X射线法,薄膜比拟法,流体比拟法,电网比拟法,电场比拟法,直接法-引伸计法,直接法-电阻应变测量,传感器是借助检测元件将一种形式的信息转换成另一种信息的装置。,目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的装置。 如电阻应变计把外界输入的应变 （非电信号）转换成电阻信号的装置。,电阻应变计,电阻应变计,电阻应变仪，电桥,电 桥 盒,案例：桥梁固有频率测量,电阻应变计,应变传感器,动应变测量实例,润扬长江公路大桥，是我国第一座由悬索桥和斜拉桥

6、构成的组合型特大桥梁，于2000年10月20日开工，2005年4月30日建成通车，总投资58个亿，该桥全长为35.66公里，桥面平均宽31.5米（行车道宽30米），全线采用双向六车道高速公路标准设计的，设计车速度100公里/小时。,动应变测点照片,应变测点照片,直接法-脆性漆层法,在被研究的物体表面涂上一层特殊的漆料，当应力作用时，某点的变形达到一定的数值后，漆层即沿着与最大主应力垂直的方向裂开，根据裂纹的出现顺序及方向，便可确定主应力的数值。,直接法-莫尔法（云纹法）,云纹（Moire）是一种物理现象。 将两块相同的丝绸物重叠起来，对着明亮的背景看去，可以看到明显的黑白相间的条纹云纹,【实验

7、操作与现象】,间接法-光弹性方法,间接法-散斑法,散斑：Speckle 相干性好的激光照射在有漫反射表面的物体上，这些表面漫反射光犹如无数小的相干光源所发出的光，它们之间也是相干光，彼此之间也要发生干涉，因而在物体表面前边的空间形成了无数随机分布的亮点和暗点。,三、实验力学的发展概况,1856年，Kelvin & Thomson, 电阻应变片的基础 1954年，Smith， 半导体压阻效应 1957年,Manson & Thurston,半导体应变片 1816年，David Brenster， 人工双折射现象 19世纪中叶，纽曼马克斯韦尔应力光学定律 1936年，Oppel， 三向光弹的应力冻

8、结法 1945年， 云纹法 20世纪60年代，全息干涉和全息光弹，激光散斑效应 现在，结合计算机技术的各种数字化测试技术,近代测试技术和方法,压痕法 原子力显微镜、扫描隧道显微镜 声发射技术 超声扫描技术,压痕示意图,Oliver-Pharr方法：,压痕法,SiC (ceramic),500,35 mN,16 nN,100 nm,Depth,500 nm,100,2 mN,Load,PE (polymer),Zwick/Roell公司的ZHU 2.5压痕仪器,纳米压痕实验结果,纳米材料薄膜的粘结强度,原子力显微镜,三代显微镜的观察范围及典型物体,使人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物理、化学性质。 在表面科学、材料科学、生命科学等领域的研究中有着重大的意义和广阔的前景，被国际科学界公认为八十年代世界十大科技成就之一。