力學(xué)實(shí)驗(yàn)原理與技術(shù)

目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 實(shí)驗(yàn)觀測在力學(xué)發(fā)展中的作用 1
1.1.1 實(shí)驗(yàn)與試驗(yàn) 1
1.1.2 力學(xué)中的一些經(jīng)典實(shí)驗(yàn) 2
1.2 力學(xué)實(shí)驗(yàn)測量的物理量與測量方法 7
1.2.1 力學(xué)實(shí)驗(yàn)測量的物理量 7
1.2.2 力學(xué)實(shí)驗(yàn)測量方法 9
1.3 力學(xué)實(shí)驗(yàn)面臨的挑戰(zhàn)與發(fā)展 11
1.3.1 力學(xué)測量面對的基本問題 12
1.3.2 力學(xué)測量技術(shù)發(fā)展的瓶頸 14
1.3.3 人工智能時代的力學(xué)測量 16
1.4 本章小結(jié) 17
思考題及習(xí)題 17
參考文獻(xiàn) 17
第2章 實(shí)驗(yàn)?zāi)M準(zhǔn)則 19
2.1 相似準(zhǔn)則 19
2.1.1 相似概念 19
2.1.2 力學(xué)相似準(zhǔn)則 20
2.1.3 相似理論 21
2.2 由微分方程推導(dǎo)相似參數(shù) 22
2.3 由π定理推導(dǎo)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(yīng)用 28
2.4.1 流體力學(xué)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(xí)題 34
參考文獻(xiàn) 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(jī)誤差和系統(tǒng)誤差 38
3.2.1 隨機(jī)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(shí)驗(yàn)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(xí)題 59
參考文獻(xiàn) 60
第4章 固體變形與載荷的測量技術(shù) 61
4.1 固體力學(xué)實(shí)驗(yàn)測量參量 61
4.2 變形與位移的測量 61
4.2.1 應(yīng)變片電測法 63
4.2.2 光纖光柵應(yīng)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(guān)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(yīng)力 100
4.3.3 其他方法 110
4.4 本章小結(jié) 111
思考題及習(xí)題 112
參考文獻(xiàn) 112
第5章 材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn) 116
5.1 準(zhǔn)靜態(tài)加載實(shí)驗(yàn) 116
5.1.1 基本概念 116
5.1.2 材料試驗(yàn)機(jī) 117
5.1.3 實(shí)驗(yàn)試樣設(shè)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(zhǔn)靜態(tài)加載實(shí)驗(yàn)小結(jié) 133
5.2 硬度實(shí)驗(yàn) 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(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理 138
5.2.5 電子顯微鏡下在位加載實(shí)驗(yàn) 141
5.2.6 硬度測量方法小結(jié) 142
5.3 斷裂實(shí)驗(yàn) 143
5.3.1 斷裂力學(xué)基礎(chǔ)知識 143
5.3.2 實(shí)驗(yàn)裝置 149
5.3.3 實(shí)驗(yàn)試樣與制備 150
5.3.4 斷裂實(shí)驗(yàn)的步驟 155
5.3.5 結(jié)果分析與校核 158
5.3.6 斷裂實(shí)驗(yàn)小結(jié) 161
5.4 疲勞實(shí)驗(yàn) 162
5.4.1 基本概念 162
5.4.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 169
5.4.3 實(shí)驗(yàn)試樣 172
5.4.4 疲勞實(shí)驗(yàn)及標(biāo)準(zhǔn) 174
5.4.5 疲勞實(shí)驗(yàn)小結(jié) 176
5.5 動態(tài)力學(xué)測試實(shí)驗(yàn) 177
5.5.1 基本概念 177
5.5.2 擺錘與落錘實(shí)驗(yàn)方法 177
5.5.3 長桿沖擊實(shí)驗(yàn) 182
5.5.4 輕氣炮實(shí)驗(yàn) 187
5.5.5 動態(tài)力學(xué)測試實(shí)驗(yàn)小結(jié) 192
5.6 材料微結(jié)構(gòu)表征 192
5.6.1 基本概念 192
5.6.2 微結(jié)構(gòu)表征方法與儀器的選用 193
5.6.3 微結(jié)構(gòu)表征試樣 195
5.7 本章小結(jié) 201
思考題及習(xí)題 201
參考文獻(xiàn) 202
第6章 低速流動顯示與流速測量技術(shù) 205
6.1 流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)概述 205
6.2 低速流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備及測量參數(shù) 207
6.2.1 風(fēng)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(shù) 211
6.3.1 流動顯示技術(shù)的發(fā)展 211
6.3.2 流動顯示技術(shù)的基本方法 213
6.3.3 流動顯示的示蹤法 214
6.4 流體壓強(qiáng)、流量及傳統(tǒng)測速 216
6.4.1 壓強(qiáng)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(diǎn)流速測量技術(shù) 220
6.5.1 熱線風(fēng)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(shù) 233
6.6.1 基本概念 233
6.6.2 粒子跟蹤測速技術(shù) 234
6.6.3 二維粒子圖像測速技術(shù) 235
6.7 本章小結(jié) 247
思考題及習(xí)題 247
參考文獻(xiàn) 249
第7章 流場溫度、濃度及表面形貌測量技術(shù) 251
7.1 溫度測量技術(shù) 251
7.1.1 熱電偶 251
7.1.2 熱色液晶測溫技術(shù) 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(shù) 258
7.2.1 激光誘導(dǎo)熒光技術(shù) 258
7.2.2 光學(xué)干涉技術(shù) 261
7.2.3 幾種測溫技術(shù)的比較 268
7.3 表面形貌測量技術(shù) 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(shù) 280
7.4.1 黏度儀 280
7.4.2 流變儀 282
7.5 多相流測量技術(shù) 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(xí)題 286
參考文獻(xiàn) 286
第8章 高速空氣動力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備 288
8.1 概論 288
8.1.1 空氣動力學(xué)方程 288
8.1.2 空氣動力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備分類 291
8.2 超聲速風(fēng)洞 293
8.2.1 超聲速風(fēng)洞基本結(jié)構(gòu)及運(yùn)行特點(diǎn) 293
8.2.2 其他類型超聲速風(fēng)洞 295
8.2.3 超聲速風(fēng)洞運(yùn)行參數(shù)的計算 296
8.3 高超聲速風(fēng)洞 298
8.3.1 高超聲速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)M的特點(diǎn) 298
8.3.2 加熱高超聲速風(fēng)洞 300
8.3.3 復(fù)現(xiàn)式風(fēng)洞 301
8.4 高超聲速特種設(shè)備 302
8.4.1 激波管 302
8.4.2 激波風(fēng)洞——炮風(fēng)洞 304
8.4.3 超燃發(fā)動機(jī)測試平臺 306
8.5 本章小結(jié) 309
思考題及習(xí)題 309
參考文獻(xiàn) 309
第9章 高速空氣動力學(xué)實(shí)驗(yàn)測量技術(shù) 310
9.1 高速流場顯示技術(shù) 310
9.1.1 紋影法 311
9.1.2 油流法 315
9.2 壓力測量技術(shù) 317
9.2.1 高速流場壓力測量技術(shù) 317
9.2.2 壓力敏感漆測量技術(shù) 317
9.3 熱流 (溫度) 測量技術(shù) 318
9.3.1 薄膜電阻測溫技術(shù) 318
9.3.2 其他高超聲速測溫技術(shù) 319
9.4 氣體組分測量技術(shù) 320
9.4.1 激光吸收光譜技術(shù) 322
9.4.2 激光誘導(dǎo)熒光技術(shù) 337
9.5 本章小結(jié) 351
思考題及習(xí)題 351
參考文獻(xiàn) 351
第10章 實(shí)習(xí)課題匯編 356
10.1 超聲速流場紋影與陰影顯示實(shí)驗(yàn)及流場標(biāo)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(diǎn)熱流測量 365
10.4 聲速噴管流量計流量系數(shù)標(biāo)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(jī)燃?xì)鉁囟鹊奈展庾V測量技術(shù) 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(gòu)表征與力學(xué)性能測量 412
10.15 金屬材料動態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn) 415
10.16 含損傷的點(diǎn)陣夾層結(jié)構(gòu)動力學(xué)測試與損傷識別 420
10.17 含水合物土的三軸剪切實(shí)驗(yàn) 426
10.18 氮化物超硬涂層的制備與表面力學(xué)性能測試 431
10.19 3D打印原理及實(shí)踐 434