力學實驗原理與技術

目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 實驗觀測在力學發(fā)展中的作用 1
1.1.1 實驗與試驗 1
1.1.2 力學中的一些經(jīng)典實驗 2
1.2 力學實驗測量的物理量與測量方法 7
1.2.1 力學實驗測量的物理量 7
1.2.2 力學實驗測量方法 9
1.3 力學實驗面臨的挑戰(zhàn)與發(fā)展 11
1.3.1 力學測量面對的基本問題 12
1.3.2 力學測量技術發(fā)展的瓶頸 14
1.3.3 人工智能時代的力學測量 16
1.4 本章小結(jié) 17
思考題及習題 17
參考文獻 17
第2章 實驗模擬準則 19
2.1 相似準則 19
2.1.1 相似概念 19
2.1.2 力學相似準則 20
2.1.3 相似理論 21
2.2 由微分方程推導相似參數(shù) 22
2.3 由π定理推導相似參數(shù) 23
2.3.1 量綱與單位 24
2.3.2 π定理 25
2.4 相似參數(shù)的應用 28
2.4.1 流體力學常用的相似參數(shù) 28
2.4.2 常用相似參數(shù)的物理意義 29
2.4.3 相似參數(shù)的局限 33
2.5 本章小結(jié) 33
思考題及習題 34
參考文獻 34
第3章 誤差、不確定度和數(shù)據(jù)處理 35
3.1 測量誤差的基本概念 35
3.1.1 測量與誤差 35
3.1.2 誤差的分類 37
3.2 隨機誤差和系統(tǒng)誤差 38
3.2.1 隨機誤差 38
3.2.2 系統(tǒng)誤差 41
3.3 測量不確定度 42
3.3.1 測量不確定度的定義與分類 43
3.3.2 直接測量不確定度的估算 44
3.3.3 間接測量不確定度的估算 47
3.3.4 測量不確定度評定小結(jié) 50
3.4 實驗數(shù)據(jù)的處理 51
3.4.1 有效數(shù)字 51
3.4.2 測量數(shù)據(jù)的整理與分析 52
3.4.3 圖像數(shù)據(jù)的處理 55
3.5 本章小結(jié) 58
思考題及習題 59
參考文獻 60
第4章 固體變形與載荷的測量技術 61
4.1 固體力學實驗測量參量 61
4.2 變形與位移的測量 61
4.2.1 應變片電測法 63
4.2.2 光纖光柵應變測量方法 74
4.2.3 攝影測量法 79
4.2.4 數(shù)字圖像相關法 86
4.3 載荷的測量 96
4.3.1 彈性變形測力法 96
4.3.2 X射線測量應力 100
4.3.3 其他方法 110
4.4 本章小結(jié) 111
思考題及習題 112
參考文獻 112
第5章 材料力學性能實驗 116
5.1 準靜態(tài)加載實驗 116
5.1.1 基本概念 116
5.1.2 材料試驗機 117
5.1.3 實驗試樣設計與安裝 121
5.1.4 數(shù)據(jù)采集與處理 124
5.1.5 幾類特殊的加載方式 128
5.1.6 準靜態(tài)加載實驗小結(jié) 133
5.2 硬度實驗 133
5.2.1 基本概念 133
5.2.2 壓痕硬度的分類 134
5.2.3 硬度測量的試樣 138
5.2.4 壓痕實驗的數(shù)據(jù)處理 138
5.2.5 電子顯微鏡下在位加載實驗 141
5.2.6 硬度測量方法小結(jié) 142
5.3 斷裂實驗 143
5.3.1 斷裂力學基礎知識 143
5.3.2 實驗裝置 149
5.3.3 實驗試樣與制備 150
5.3.4 斷裂實驗的步驟 155
5.3.5 結(jié)果分析與校核 158
5.3.6 斷裂實驗小結(jié) 161
5.4 疲勞實驗 162
5.4.1 基本概念 162
5.4.2 實驗設備 169
5.4.3 實驗試樣 172
5.4.4 疲勞實驗及標準 174
5.4.5 疲勞實驗小結(jié) 176
5.5 動態(tài)力學測試實驗 177
5.5.1 基本概念 177
5.5.2 擺錘與落錘實驗方法 177
5.5.3 長桿沖擊實驗 182
5.5.4 輕氣炮實驗 187
5.5.5 動態(tài)力學測試實驗小結(jié) 192
5.6 材料微結(jié)構表征 192
5.6.1 基本概念 192
5.6.2 微結(jié)構表征方法與儀器的選用 193
5.6.3 微結(jié)構表征試樣 195
5.7 本章小結(jié) 201
思考題及習題 201
參考文獻 202
第6章 低速流動顯示與流速測量技術 205
6.1 流體力學實驗概述 205
6.2 低速流體力學實驗設備及測量參數(shù) 207
6.2.1 風洞 207
6.2.2 水洞 209
6.2.3 多功能水槽 210
6.3 流動顯示技術 211
6.3.1 流動顯示技術的發(fā)展 211
6.3.2 流動顯示技術的基本方法 213
6.3.3 流動顯示的示蹤法 214
6.4 流體壓強、流量及傳統(tǒng)測速 216
6.4.1 壓強及傳統(tǒng)的流體速度測量 216
6.4.2 流量及流體平均速度 219
6.5 單點流速測量技術 220
6.5.1 熱線風速儀 220
6.5.2 激光多普勒測速儀 224
6.6 粒子圖像測速技術 233
6.6.1 基本概念 233
6.6.2 粒子跟蹤測速技術 234
6.6.3 二維粒子圖像測速技術 235
6.7 本章小結(jié) 247
思考題及習題 247
參考文獻 249
第7章 流場溫度、濃度及表面形貌測量技術 251
7.1 溫度測量技術 251
7.1.1 熱電偶 251
7.1.2 熱色液晶測溫技術 254
7.1.3 紅外熱像儀 255
7.2 濃度場、密度場、溫度場測量技術 258
7.2.1 激光誘導熒光技術 258
7.2.2 光學干涉技術 261
7.2.3 幾種測溫技術的比較 268
7.3 表面形貌測量技術 269
7.3.1 云紋法 269
7.3.2 柵線法 270
7.3.3 Michelson干涉儀 276
7.3.4 位移傳感器 278
7.4 黏度測量技術 280
7.4.1 黏度儀 280
7.4.2 流變儀 282
7.5 多相流測量技術 283
7.5.1 流型測量 283
7.5.2 多相流的含率測量 285
7.6 本章小結(jié) 285
思考題及習題 286
參考文獻 286
第8章 高速空氣動力學實驗設備 288
8.1 概論 288
8.1.1 空氣動力學方程 288
8.1.2 空氣動力學實驗設備分類 291
8.2 超聲速風洞 293
8.2.1 超聲速風洞基本結(jié)構及運行特點 293
8.2.2 其他類型超聲速風洞 295
8.2.3 超聲速風洞運行參數(shù)的計算 296
8.3 高超聲速風洞 298
8.3.1 高超聲速風洞實驗模擬的特點 298
8.3.2 加熱高超聲速風洞 300
8.3.3 復現(xiàn)式風洞 301
8.4 高超聲速特種設備 302
8.4.1 激波管 302
8.4.2 激波風洞——炮風洞 304
8.4.3 超燃發(fā)動機測試平臺 306
8.5 本章小結(jié) 309
思考題及習題 309
參考文獻 309
第9章 高速空氣動力學實驗測量技術 310
9.1 高速流場顯示技術 310
9.1.1 紋影法 311
9.1.2 油流法 315
9.2 壓力測量技術 317
9.2.1 高速流場壓力測量技術 317
9.2.2 壓力敏感漆測量技術 317
9.3 熱流 (溫度) 測量技術 318
9.3.1 薄膜電阻測溫技術 318
9.3.2 其他高超聲速測溫技術 319
9.4 氣體組分測量技術 320
9.4.1 激光吸收光譜技術 322
9.4.2 激光誘導熒光技術 337
9.5 本章小結(jié) 351
思考題及習題 351
參考文獻 351
第10章 實習課題匯編 356
10.1 超聲速流場紋影與陰影顯示實驗及流場標定 356
10.2 拉瓦爾噴管典型流動狀態(tài)的觀測 359
10.3 高超聲速模型頭部駐點熱流測量 365
10.4 聲速噴管流量計流量系數(shù)標定 370
10.5 爆轟激波管壓力與速度測量 373
10.6 航空發(fā)動機燃氣溫度的吸收光譜測量技術 379
10.7 超稠原油-水乳狀液 (W/O型)流變特性測量 384
10.8 基于電阻層析成像的氣液兩相流流型識別 388
10.9 水槽波浪場的模擬和測量 393
10.10 水槽流動的粒子圖像測速 397
10.11 高速列車動模型表面壓力測量 400
10.12 高速列車動模型的振動特性及氣動阻力測量 404
10.13 毫牛級微小推力測試 407
10.14 金屬材料的微結(jié)構表征與力學性能測量 412
10.15 金屬材料動態(tài)壓縮實驗 415
10.16 含損傷的點陣夾層結(jié)構動力學測試與損傷識別 420
10.17 含水合物土的三軸剪切實驗 426
10.18 氮化物超硬涂層的制備與表面力學性能測試 431
10.19 3D打印原理及實踐 434