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(cè)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(cè)量的物理量與測(cè)量方法 7
1.2.1 力學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的物理量 7
1.2.2 力學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)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(cè)量面對(duì)的基本問題 12
1.3.2 力學(xué)測(cè)量技術(shù)發(fā)展的瓶頸 14
1.3.3 人工智能時(shí)代的力學(xué)測(cè)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(cè)量誤差的基本概念 35
3.1.1 測(cè)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(cè)量不確定度 42
3.3.1 測(cè)量不確定度的定義與分類 43
3.3.2 直接測(cè)量不確定度的估算 44
3.3.3 間接測(cè)量不確定度的估算 47
3.3.4 測(cè)量不確定度評(píng)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(cè)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(cè)量技術(shù) 61
4.1 固體力學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)量參量 61
4.2 變形與位移的測(cè)量 61
4.2.1 應(yīng)變片電測(cè)法 63
4.2.2 光纖光柵應(yīng)變測(cè)量方法 74
4.2.3 攝影測(cè)量法 79
4.2.4 數(shù)字圖像相關(guān)法 86
4.3 載荷的測(cè)量 96
4.3.1 彈性變形測(cè)力法 96
4.3.2 X射線測(cè)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(jì)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(cè)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(cè)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(shí) 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(dòng)態(tài)力學(xué)測(cè)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(dòng)態(tài)力學(xué)測(cè)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(dòng)顯示與流速測(cè)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(cè)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(dòng)顯示技術(shù) 211
6.3.1 流動(dòng)顯示技術(shù)的發(fā)展 211
6.3.2 流動(dòng)顯示技術(shù)的基本方法 213
6.3.3 流動(dòng)顯示的示蹤法 214
6.4 流體壓強(qiáng)、流量及傳統(tǒng)測(cè)速 216
6.4.1 壓強(qiáng)及傳統(tǒng)的流體速度測(cè)量 216
6.4.2 流量及流體平均速度 219
6.5 單點(diǎn)流速測(cè)量技術(shù) 220
6.5.1 熱線風(fēng)速儀 220
6.5.2 激光多普勒測(cè)速儀 224
6.6 粒子圖像測(cè)速技術(shù) 233
6.6.1 基本概念 233
6.6.2 粒子跟蹤測(cè)速技術(shù) 234
6.6.3 二維粒子圖像測(cè)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(cè)量技術(shù) 251
7.1 溫度測(cè)量技術(shù) 251
7.1.1 熱電偶 251
7.1.2 熱色液晶測(cè)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(cè)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(cè)溫技術(shù)的比較 268
7.3 表面形貌測(cè)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(cè)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(cè)量技術(shù) 283
7.5.1 流型測(cè)量 283
7.5.2 多相流的含率測(cè)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(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備 288
8.1 概論 288
8.1.1 空氣動(dòng)力學(xué)方程 288
8.1.2 空氣動(dòng)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(jì)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(dòng)機(jī)測(cè)試平臺(tái) 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(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)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(cè)量技術(shù) 317
9.2.1 高速流場壓力測(cè)量技術(shù) 317
9.2.2 壓力敏感漆測(cè)量技術(shù) 317
9.3 熱流 (溫度) 測(cè)量技術(shù) 318
9.3.1 薄膜電阻測(cè)溫技術(shù) 318
9.3.2 其他高超聲速測(cè)溫技術(shù) 319
9.4 氣體組分測(cè)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(dòng)狀態(tài)的觀測(cè) 359
10.3 高超聲速模型頭部駐點(diǎn)熱流測(cè)量 365
10.4 聲速噴管流量計(jì)流量系數(shù)標(biāo)定 370
10.5 爆轟激波管壓力與速度測(cè)量 373
10.6 航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁囟鹊奈展庾V測(cè)量技術(shù) 379
10.7 超稠原油-水乳狀液 (W/O型)流變特性測(cè)量 384
10.8 基于電阻層析成像的氣液兩相流流型識(shí)別 388
10.9 水槽波浪場的模擬和測(cè)量 393
10.10 水槽流動(dòng)的粒子圖像測(cè)速 397
10.11 高速列車動(dòng)模型表面壓力測(cè)量 400
10.12 高速列車動(dòng)模型的振動(dòng)特性及氣動(dòng)阻力測(cè)量 404
10.13 毫牛級(jí)微小推力測(cè)試 407
10.14 金屬材料的微結(jié)構(gòu)表征與力學(xué)性能測(cè)量 412
10.15 金屬材料動(dòng)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(dòng)力學(xué)測(cè)試與損傷識(shí)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(cè)試 431
10.19 3D打印原理及實(shí)踐 434