《工程力学实验》教学大纲

流星3854 2012-01-02

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《工程力学实验》教学大纲

1．课程名称：工程力学实验 英文名称： Experiment in mechanics of Engineering

2．课程编号：01011203

3．课程类别：基础

4．课程要求：必修

5．课程属性：《工程力学》课中实验

6．课程总学时：168学时 总学分：10

7．实验学时：12学时 学分：

8．应开学期：第3、4学期

9．适用专业：土木工程

10．先修课程：工程力学

11．编写人：杨东全 编写日期：2005年2月2日

一、 实验课程简介

《工程力学实验》是土木工程专业的技术基础课《工程力学》的一个重要的组成部分，同时也是进行科学研究和工程技术研究的重要手段。其主要任务是使学生学到测定材料性质的实验的基本知识、基本技能和基本方法，了解实验应力分析的基本概念和初步掌握工程力学理论的验证方法，初步具有进行简单结构稳定性实验的能力。本实验教学应达到下列基本要求：

(1) 使学生初步掌握工程力学实验的基本技能；

(2) 通过拉伸、压缩和扭转等实验，使学生学会利用实验来测定材料的强度极限、弹性模量等力学参数；

(3) 通过实验，使学生初步掌握工程力学理论的验证方法和基本结论；

(4) 通过实验，使学生初步掌握实验应力分析的基本概念和基本方法。

二、 课程实验目的与基本要求

随着科学技术的迅速发展，土木工程专业的学生不仅要掌握工程力学的基本理论知识，而且还要掌握基本的实验技能及一定的科学研究能力。通过实验课程的学习和实际操作，可以使学生加深对工程力学原理的理解，培养学生独立分析问题和解决问题的能力、综合设计及创新的能力，同时培养学生实事求是、严肃认真的科学作风，为今后的工作打下良好的基础。

为达到上述目的，要求在《工程力学实验》的授课和操作过程中，要求学生一方面要严格按照实验要求和实验目的进行实验，另一方面还要注意不断深化和扩展实验内容，培养学生的创造能力。

三、 本实验课程的基本理论与实验技术知识

《工程力学实验》的理论基础是《工程力学》中静力学和材料力学部分的基本理论。

(1)、金属材料拉伸和压缩实验的理论基础是受轴向载荷作用杆件的变形和内力的关系：，或应力－应变关系：。其中：，。根据材料的应力－应变曲

线可以测定材料的力学参数，如弹性模量、强度指标、塑性指标、强化指标等。

(2)、金属材料扭转实验的理论基础是等直圆杆扭转时的应力计算理论：及扭转变形理论：。根据扭转理论，利用扭转实验可以测定材料的切变模量、抗扭强度及扭转时的弹性变形、塑性变形等，而且还可以用来测定材料是脆性材料还是塑性材料。

(3)、梁弯曲正应力实验的理论基础是梁在产生平面弯曲时的正应力计算理论：

及电阻应变仪的测量原理。根据梁的弯曲理论，利用弯曲实验可以测定各种材料的抗弯强度、梁的应力及应变分布规律，并验证梁的弯曲理论。

(4)、弯扭组合作用下电测实验的理论基础是等直薄壁圆筒件在弯矩和扭矩下产生弯扭组合变形时的应力计算理论及平面应力状态理论：

，

根据本实验可以测定截面上的弯矩、扭矩和剪力，并验证梁的弯扭组合组合理论。

(5)、偏心拉伸实验的理论基础是等直杆件在偏心拉压作用下产生拉伸和弯曲组合变形时的应力计算理论及平面应力状态理论： .

根据本实验可以测定截面上的正应力，并验证梁的弯扭组合变形理论。

四、 实验方法、特点与基本要求

1、实验老师需向学生讲清楚各个实验的性质、任务、要求、实验守则等。

2、对于实验教材中给出的实验步骤，要求学生在实验前进行预习。

3、工程力学实验涉及到的载荷一般较大，由几顿到几十顿，故加力设备较大；而变形则很小，因而变形测量设备必须精密。在进行实验时，力与变形要同时测量，一般需要分组协作完成，并需要教师的现场指导。

要求学生认真记录实验结果，实验后认真填写实验记录，最后完成的实验报告应完整、清楚和客观。

五、 主要仪器设备

1、液压式万能试验机

2、扭转试验机

3、引伸仪

4、电阻应变片和电阻应变仪

5、多功能组合实验台

六、 实验项目的设置与内容提要

序号	实验项目名称	内容提要	实验学时	实验类型	实验类别	每组人数	实验要求
1	金属材料拉伸实验	测定低碳钢的弹性模量和屈服极限、强度极限	2	验证	基础	2-4	必做
2	金属材料压缩实验	测定低碳钢和铸铁在压缩时的强度极限及变形	2	验证	基础	2-4	必做
3	金属材料扭转实验	验证扭转变形公式，测定低碳钢的剪切模量	2	验证	基础	2-4	必做
4	梁弯曲正应力实验	测定梁弯曲时的正应力分布，验证正应力公式	2	验证	基础	2-4	必做
5	弯扭组合作用下电测实验	测定截面上的弯矩、扭矩和剪力，并验证梁的弯扭组合变形理论	2	综合	基础	2-4	必做
6	偏心拉伸实验	测定截面上的正应力，并验证梁的弯扭组合变形理论	2	综合	基础	2-4	任选
7	复合梁实验	测定梁复合弯曲时的应力分布	2	综合研究	基础	2-4
8	未知载荷测定实验	用电测方法测定未知载荷	2	设计	基础	2-4

七、 实验报告要求

(1)、书写整齐，绘图清楚准确。

(2)、严格按照原始测量数据进行计算和分析。

(3)、按时提交。

八、 考核方式与成绩评定标准

1、本课程考试方式：考试。

2、实验成绩评定标准：

(1)本课程实验不作为单独课程进行考核。

(2)实验教学部分成绩占课程总成绩的10%。在课程考试笔试中，实验内容占考试内容的比例不超过5%。实验成绩组成：预习10%、操作30%、实验纪律10%、实验报告50%。

实验成绩分：优、良、中、合格、不合格五级。

3、本课程最终成绩=上课表现×0.1+实验成绩×0.1+课程考试成绩×0.8。

九、 教材与主要参考书目

教材：《工程力学实验》，王杏根、高大兴、徐育澄主编，华中科技大学出版社

参考教材：《材料力学实验》（第二版），刘鸿文、吕荣坤编，高等教育出版社

《材料力学实验》（第二版），贾有权主编，高等教育出版社

十、 大纲说明

审核人：杜治光批准人：陈奕柏

工程力学实验教学大纲

《Mechanics of Engineering》Experiments

实验学时：10（8、6）

先修课程：高等数学、大学物理、机械制图

适用专业：热能、冶金、环境、仪表、成型、测绘、矿物、勘察、材料

课程性质：非独立设课

课程负责人：刘均

专业负责人：刘均

工程背景：

工程力学实验内容主要分为两种类型。一种是材料的力学性能测试实验，它们是帮助学生了解工程中与材料有关的力学参数以及相关实验。通过这些实验可使学生掌握必要的实验技能。另一类是配合理论教学而设计的实验内容，使用了工程上基本的应力、应变和位移的测量方法，这种方法也是力学实验的另一种测试方法—电测法。通过这些实验，使学生掌握工程力学的主要概念和基本测试方法。

一、实验教学目标与基本要求

工程力学实验是材料力学教学的一个重要的实践性环节。材料力学中的一些理论和公式是建立在实验,观察,推理,假设的基础上,它们的正确性还必须由实验来验证.学生通过做实验,用理论来解释,分析实验结果,又以实验结果来证明理论,互相印证,以达到巩固理论知识和学会实验方法的双重目的.学生通过实验这一教学环节，培养他们动手能力，用所学知识解决实际问题的能力，特别是通过全方位的开放实验教学模式，培养他们的创新意识和主动出击获取知识的能力。材料力学实验主要包括以下内容：

(一)材料的力学性能测定 材料的强度指标，如屈服极限、强度极限、持久极限。材料的弹性性能，如比例极限、弹性模量等，都是设计中的基本参数和依据，而这些参数一般要通过实验来测定。通过实验教学使学生掌握测定这些指标的能力，并通过实验认识材料的力学行为。

(二)验证已建立的理论 工程力学的一些理论是以假设为基础导出的，例如梁的弯曲理论就是以平面假设为基础的。用实验验证这些理论的正确性和适用范围，可加深对理论的认识和理解。对力学中新建立的理论和公式，必须要用实验来验证。

(三)应力分析的电测法（全方位开放实验）电阻应变测量是工程中广泛使用的方法之一，可以测量材料常数，可以验证理论，特别对形状不规则、受力复杂没有理论解的物件，可用此方法来测定其应变，应力值。用电测法可开发许多设计性实验、综合性实验，为学生创造性学习提供广阔空间。

以上内容可根据学时及专业的不同有所选择。

实验要求：

1. 实验前必须预习实验指导书中相关的内容,了解本次实验的目的,要求及注意事项.

2. 实验时应严格遵守操作步骤和注意事项.实验中,若遇仪器设备发生故障,应立即向教师报告,及时检查,排除故障后,方能继续实验.

3. 实验过程中要严肃认真地做好实验记录，确认所记录的数据无误后，认真填写在有关表格中。

4. 根据实验目的和要求，对实验数据进行整理计算，并将计算结果填写在相应的表格中。

5. 实验完毕,实验数据经教师认可后方能离开实验室.

6. 实验报告要求字迹端正,绘图清晰,表格简明,. 在试验过程中，对观察到的现象，尽量用图示说明并加以简明的理论分析。对出现的误差应扼要地说明原因。

二、实验项目及教学安排

序号	实验项目名称	基本内容	实验学时	每组人数	实验要求	实验类型
1	拉伸实验	1. 测定低碳钢在拉伸过程中的几个主要力学性能指标：屈服极限、强度极限、延伸率及截面收缩率。测定铸铁的强度极限 2. 观察这两种材料的拉伸过程和破坏现象、绘制拉伸时的力-变形曲线	1	2	必修	验证性
2	压缩实验	1. 测定低碳钢压缩时的屈服极限，铸铁压缩强度极限 2. 观察断口特征，分析破坏原因	1	2	必修	验证性
3	扭转实验	1．测定低碳钢的剪切屈服极限、剪切强度极限。以及铸铁的剪切强度极限 2．分析比较塑性材料和脆性材料受扭转时的变形和破坏特征	1	2	必修	验证性
4	电阻应变测量基本原理	1．了解电测法的基本原理 2．掌握应变片的粘贴技术	1	1	必修
5	弹性模量及泊松比的测定	用电测法测定弹簧钢的弹性模量及泊松比	1	2	选修	研究性
6	梁弯曲正应力测定	1．用电测法测定矩形截面梁在纯弯曲时的正应力分布规律 2．实验结果与理论值进行比较、验证正应力公式	1	2	必修	验证性
7	复合梁实验	1．通过实验确定复合材料梁的应力分布 2．总结出影响复合材料梁承载能力的因素	1	2	选修	研究性
8	薄壁圆筒在弯扭组合作用下的应力测定	1.用电测法测定薄壁圆筒在弯扭组合作用下表面一点处主应力的大小和方向 2.了解应变花的用途	1	2	选修	验证性
9	静定和静不定组合变形梁实验	1.用电测法测定复杂应力状态下一点的主应力大小和方向 2.对不同的复杂结构进行受力分析	1	2	选修	研究性
10	薄壁开口截面的弯曲中心测定	1.寻找槽形截面梁的弯曲中心 2. 研究弯曲中心的计算公式	1	2	选修	研究性
11	功的互等定理实验	自拟试验方案用互等定理实验器验证功的互等定理	1	2	选修	研究性
12	压杆稳定实验	1.用实验法测定临界载荷 2.研究不同约束下的失稳特征 3.实验值与理论值进行比较、分析误差产生的原因	1	2	选修	研究性
13	动荷框架实验	通过实验了解工程中框架结构的振动性质	1	2	选修	研究性综合性
14	等强度梁冲击动应力及动荷系数测试实验	1. 利用动态应变仪测试冲击载荷作用下，梁的动应变 2. 冲击物体质量以及高度对动应力的影响 3. 学生自行推导该力学模型下动荷系数的表达式	1	2	选修	综合性
15	复合材料力学性能分析实验	对两种材料的组合试件，进行压缩实验通过相关测试，验证应变计算公式： ε=P/E₁A₁+p/E₂A₂	3	2	选修	设计性
16	硬度实验	用压痕法测定金属的硬度值	1	2	选修	验证性
17	冲击实验	测定低碳钢和铸铁的冲击韧性，观察断口的破坏情况	1	2	选修	验证性
18	虚拟试验	1. 测定复合材料单层板在纵向拉压、横向拉压面内剪切过程中的主要性能指标；纵向拉压模量、纵向拉压强度，横向拉压模量，横向拉压强度、剪切模量、剪切强度。 2. 复合材料层合板在拉伸载荷下的损伤破坏。	2	1	选修	验证性

三、实验成绩考核办法

实验成绩根据实验课时占理论课时的比例计算，并加入期末总成绩中。

（一）拉伸实验

1．实验题目： (0.2分）

2．实验目的： (0.3分)

3．实验设备： (0.5分)

4．实验预习和实验提问： (1分)

5．实验操作表现： (1分)

6．数据记录： (原始记录2分)

7．数据处理及实验结果： (2分)

8．断口： (1分)

9．曲线： (1分)

10.思考题： (1分)

（二）压缩实验

1．实验题目：（0.2分）

2. 实验目的：（0.3分）

3. 实验设备：（0.5分）

4. 实验预习和实验提问：（1分）

5. 实验操作表现：（2分）

6. 原始记录：（2分）

7. 数据处理及实验结果：（1分）

8. 铸铁断口：（1分）

9．曲线：（1分）

10.思考题：（1分）

（三）扭转实验

1．实验题目：（0.2分）

2. 实验目的：（0.3分）

3. 实验设备：（0.5分）

4. 实验预习和实验提问：（1分）

5. 实验操作表现：（2分）

6. 原始记录：（2分）

7. 数据处理及实验结果：（1分）

8. 断口：（1分）

9．曲线：（1分）

10.思考题：（1分）

（四）弹性模量E及泊松比μ的确定

1. 实验题目：（0.2分）

2. 实验目的：（0.3分）

3. 实验设备：（0.5分）

4. 实验预习和实验提问：（1分）

5. 实验操作表现：（2分）

6. 数据记录：（2分）

7. 数据处理：（3分）

8. 思考题：（1分）

（五）梁弯曲正应力测定

1. 实验题目： (0.2分)

2. 实验目的：（0.3分）

3. 实验设备：（0.5分）

4. 实验预习和实验提问：（1分）

5. 实验操作表现：（2分）

6. 数据记录：（1分）

7. 数据处理：理论值（1分）实验值（1分）

8. 讨论：（2分）

9. 思考题：（1分）

（六）复合梁实验

1. 实验题目：（0.2分）

2. 实验目的：（0.3分）

3. 实验设备：（0.5分）

4. 实验预习和实验提问：（1分）

5. 实验操作表现：（2分）

6. 数据记录：（1分）

7. 数据处理：理论值（3分）实验值（1分）

8. 思考题：（1分）

（七）薄壁圆筒在弯扭组合作用下的应力测定

1. 实验题目：（0.2分）

2. 实验目的：（0.3分）

3. 实验设备：（0.5分）

4. 实验预习和实验提问：（1分）

5. 实验操作表现：（2分）

6. 数据记录：（1分）

7. 数据处理：理论值（1分）实验值（2分）

8. 误差分析：（1分）

9. 思考题：（1分）

（八）静定与静不定组合变形梁实验

1. 实验题目：（0.2分）

2. 实验目的：（0.3分）

3. 实验设备：（0.5分）

4. 实验预习和实验提问：（1分）

5. 实验操作表现：（2分）

6. 数据记录：（1分）

7. 数据处理：理论值（2分）实验值（2分）

8. 思考题：（1分）

（九）薄壁开口截面的弯曲中心测定

1. 实验题目：（0.2分）

2. 实验目的：（0.3分）

3. 实验设备：（0.5分）

4. 实验预习和实验提问：（1分）

5. 实验操作表现：（2分）

6. 数据记录：（1分）

7. 数据处理：理论值（1分）实验值（2分）

8. 误差分析：（1分）

9. 思考题：（1分）

（十）功的互等定理实验

1. 实验题目：（0.2分）

2. 实验目的：（0.3分）

3. 实验设备：（0.5分）

4. 实验预习和实验提问：（1分）

5. 实验操作表现：（2分）

6. 数据记录：（1分）

7. 数据处理：理论值（1分）实验值（2分）

8. 误差分析：（1分）

9. 思考题：（1分）

（十一）压杆稳定实验

1. 实验题目：（0.2分）

2. 实验目的：（0.3分）

3. 实验设备：（0.5分）

4. 实验预习和实验提问：（1分）

5. 实验操作表现：（2分）

6. 数据记录：（1分）

7. 数据处理：理论值（1分）实验值（2分）

8. 误差分析：（1分）

9. 思考题：（1分）

（十二）动荷框架实验

1. 实验题目：（0.2分）

2. 实验目的：（0.3分）

3. 实验设备：（0.5分）

4. 实验预习和实验提问：（2分）

5. 实验操作表现：（2分）

6. 数据记录：（1分）

7. 数据处理：实验值（2分）

8. 思考题：（2分）

（十三）等强度梁冲击动应力及动荷系数测试

1. 实验题目：（0.2分）

2. 实验目的：（0.3分）

3. 实验设备：（0.5分）

4. 实验预习和实验提问：（2分）

5. 实验操作表现：（2分）

6. 数据记录：（2分）

7. 数据处理：理论值（1分）实验值（1分）

8. 思考题：（1分）

（十四）复合材料力学性能分析实验

1. 实验题目：（0.2分）

2. 实验目的：（0.3分）

3. 实验设备：（0.5分）

4. 实验预习和实验提问：（1分）

5. 实验操作表现：（2分）

6. 数据记录：（1分）

7. 数据处理：理论值（1分）实验值（2分）

8. 误差分析：（1分）

9. 思考题：（1分）

（十五）硬度实验

1. 实验题目：（0.2分）

2. 实验目的：（0.3分）

3. 实验设备：（0.5分）

4. 实验预习和实验提问：（2分）

5. 实验操作表现：（2分）

6. 数据记录：（2分）

7. 数据处理：实验值（1分）

8. 思考题：（2分）

（十六）冲击实验

1. 实验题目：（0.2分）

2. 实验目的：（0.3分）

3. 实验设备：（0.5分）

4. 实验预习和实验提问：（2分）

5. 实验操作表现：（2分）

6. 数据记录：（2分）

7. 数据处理：实验值（1分）

8. 思考题：（2分）

四实验思考题

思考题见实验指导书

五 实验指导书（点击进入）

六、实验教材及参考资料：

1．苏先基、王延栋、陈康元《力学实验》上、下册科学出版社 1989

2．王晓光、李社国《材料力学实验教程》中南大学出版社 2002

3．刘鸿文、吕荣坤《料力学实验》高教出版社 1992

4．东北大学理学院力学实验室《材料力学实验》东北大学 2004

5．广东工业大学《材料力学实验方法指导》广东工业大学 2004-12-22

《工程力学》实验教学大纲

《工程力学》实验教学大纲

课程名称：工程力学（Experiment of Engineering Mechanics）

课程编号：362321

课程性质：非独立设课

课程属性：专业基础课

实验教材或指导书名称：材料力学实验（第二版）（国家统编）

课程总学时：100 学分：5.5 实验学时：6

面向专业：木材科学与工程专业

实验室名称：林业工程实验室

一、课程简介：

工程力学是一门理论性及技术性较强的专业基础课。它具有完整的课程体系，内容密切联系工程实际，有一定的专业针对性，在工科专业中是一门重要的主干课程。本课程主要由静力学、运动学、动力学、材料力学等四部分组成。主要研究物体机械运动的一般规律及工程构件的承载能力问题。工程力学实验课附属于课程的材料力学部分，主要介绍材料力学实验相关仪器设备的构造、性能及使用方法；介绍一般材料力学性能的基本测试手段和测试方法，以及介绍材料力学性能的一般评价方法。

二、课程实验目的与要求：

目的：学习实验课程的目的是使学生掌握材料力学实验的基本知识和基本技能，培养学生严肃认真、一丝不苟、理论联系实际、实事求是的工作作风，提高学生用辩证唯物主义观点认识问题、分析问题、解决问题的综合能力。

要求：1、掌握主要实验设备、仪器（如万能材料试验机、扭转试验机、电阻应变仪、引伸仪等）的工作原理及操作要领并能正确使用。

2、具有利用仪器、设备对材料基本力学性质（包括比例极限σp、屈服极限σs、强度极限σ_b、延伸率δ、截面收缩率ψ、弹性模量E等）进行测定的初步能力。

3、具有正确处理实验数据及分析误差的能力。

4、具有根据实验结果（数据、图象、现象）对材料进行力学性能分析的初步能力。

5、具有利用电阻应变仪进行实际工程结构应变测试的初步能力。

6、能根据实验指导书要求提交合格的实验报告。

三、考核方式：

将实验操作及实验报告按百分制计分，按10%的比例计入《工程力学》课程期评成绩。实验内容在课程考试中占10%

四、主要仪器设备及台（套）数：

WE—30型液压式万能材料试验机1台； YJ—22型电阻应变仪1台；

YZ—22型转换箱2只； NJ-100B型扭转实验机1台；

QY-2型球铰式引伸仪1套。

五、主要参考书目：

1、刘鸿文主编.材料力学（第三版）.北京：高等教育出版社，1992.

2、苏翼林主编.材料力学（第二版）.北京：高等教育出版社，1987.

3、贾有权主编.材料力学实验（第二版）.北京：高等教育出版社，1984.

4、刘鸿文吕荣坤主编.材料力学实验（第二版）.北京：高等教育出版社，1998.

5、北京航空学院材料力学教研室编单辉祖主编.北京：高等教育出版社，2002年.

六、实验项目：

序号	实验项目名称	实验主要内容	实验类型	计划学时	开出要求	实验者类别	每组人数
1	低碳钢、铸铁的拉伸试验	掌握材料拉伸时力学性质的测定方法。测定低碳钢、铸铁拉伸时的各项主要力学性能指标。观察材料在拉伸过程中变形及破坏现象，绘制拉伸图。对实验结果进行分析比较。	验证	2	必做	本科	8
2	低碳钢拉（压）弹性模量E的测定	了解球铰式引伸仪的构造和工作原理，并学会正确安装使用。用球铰式引伸仪测定低碳钢材料的拉（压）弹性模量E。	验证	2	选做	本科	8
3	直梁纯弯曲正应力电测实验	了解电阻应变仪及转换箱的工作原理，掌握电阻应变仪的使用方法，根据测试要求拟定实验方案，合理布贴应变片并组织实验测试。测定直梁承受纯弯曲时的正应力分布规律，并验证直梁弯曲时的正应力公式。	综合	2	必做	本科	8
4	低碳钢、铸铁的压缩试验	掌握材料压缩时力学性质的测定方法。测定低碳钢、铸铁压缩时的力学性能指标，对实验结果进行分析比较。	验证	2	选做	本科	8
5	材料的扭转试验	学习材料受扭时力学性质的测定方法。测定低碳钢、铸铁受扭时的力学性能指标，并对实验结果进行分析比较。	验证	2	选做	本科	8
备注	选做项目3个