实验力学(含实验)教学大纲

《实验力学》课程教学大纲课程英文名称：ExperimentalStressAnalysis课程编号：193992030课程类别：专业课课程性质：必修课学分：2学时：32（其中：讲课学时：16实验学时：16）适用专业：工程力学专业开课部门：土木工程与建筑学院力学教研室一、课程教学目的和课程性质实验力学是用实验方法测定构件中应力和变形的一门学科，它和材料力学、弹塑性理论等一样，是解决工程强度问题的重要手段，对改进产品的工作性能、节省所使用的材料及保证安全起重要作用，在机械、化工、土建、航空等工业中得到广泛的作用。实验力学是工程力学专业的一门专业课，实验力学通过理论教学及相应的实验，通过对该课程的学习，使学生能够初步掌握实验应力分析基础、电阻应变测量技术基础，了解数字图像处理技术，从而使大家初步具备用实验力学的手段解决工程实际问题的能力。二、本课程与相关课程的关系先修课程：《理论力学》、《材料力学》、《弹性力学》、《普通物理学和电工学》后修课程：《高等工程力学》、《高等实验力学》，服务于所有需通过实验获取力学参数的各门专业课程。三、课程的主要内容及基本要求（一）理论学时部分第1单元绪论（2学时）[知识点]实验力学的任务与作用；应变电测与传感器技术的特点；应变电测与传感器技术的各种应用[重点]应变电测与传感器技术的特点[难点]应变电测与传感器技术的特点；应变电测与传感器技术具体应用方式及对应的测试内容[基本要求]1、识记：实验力学的概念、电阻应变计2、领会：实验力学中的基本方法、应变电阻技术的主要特点和优缺点3、简单应用：传感器的基本工作原理4、综合应用：应变电测与传感器在土木工程、航空航天工程的具体应用并举出实例，并绘制CAD测点布置图。第2单元电阻应变计（4学时）[知识点]电阻应变计的基本构造和工作原理；电阻应变计的各项工作特性；电阻应变计的种类；电阻应变计选择和粘贴使用方法；其他应变计简介[重点]电阻应变计的基本构造和工作原理；电阻应变计的各项工作特性[难点]电阻应变计选择和粘贴使用方法及具体步骤；粘贴质量的检查[基本要求]1、识记：灵敏系数、横向效应系数、应变极限、疲劳寿命、绝缘电阻2、领会：电阻应变计的基本构造和工作原理、电阻应变计的种类3、简单应用：电阻应变计选择和粘贴使用方法4、综合应用：电阻应变计选择和粘贴在具体操作中的注意事项，以及疏漏点会造成的试验误差分析。第3单元应变测量系统（2学时）[知识点]电桥测量电路；应变计各种接桥方法；应变测量仪器的种类；电阻应变仪的基本工作原理；电阻应变仪的技术指标及其检定；数字应变测量系统及数据采集系统[重点]电桥测量电路；应变计各种接桥方法；电阻应变仪的基本工作原理[难点]应变计各种接桥方法；电阻应变仪的技术指标及其检定[基本要求]1、识记：半桥法、1/4桥法、全桥法2、领会：应变计各种接桥方法3、简单应用：静态应变仪的检定方法；动态应变仪的检定方法4、综合应用：电阻应变仪桥路的合理选择及正确连接第4单元静、动态应力应变测量技术（2学时）[知识点]静态应力应变测量技术；动态应力应变测量技术；数字信号处理[重点]静态应力应变测量的一般步骤；应变花计算公式；静态应力应变测量的误差分析；动态应变测量频谱[难点]应变花计算公式；静态应力应变测量的误差分析[基本要求]1、识记：应变花、频谱分析、疲劳寿命、信号2、领会：应变花计算公式、动态应变仪器的频率适用范围3、简单应用：应变计栅长的选择、应变片粘贴方向的影响4、综合应用：对引起静态应力应变测量的误差进行综合分析第5单元传感器（2学时）[知识点]传感器的一般特性；应变计式传感器的基本原理与设计；各种应变计式传感器的构造和特性;压阻式传感器;压电式传感器[重点]传感器的静态特性；传感器的动态特性；应变计式传感器的基本原理与设计[难点]应变计式传感器的基本原理与设计；传感器电路补偿和调整；[基本要求]1、识记：传感器、滞后、线性度、灵敏度、线性补偿的种类2、领会：应变计式传感器的基本原理3、简单应用：应变计式传感器的电路补偿和调整；4、综合应用：已知具体参数，通过计算公式获取不同工况下的补偿值第6单元测量数据处理与表示（2学时）[知识点]测量仪器的误差、准确度和不确定度；标准不确定度的评定；异常值；系统误差；最小二乘法；orgin数据分析软件使用；[重点]标准不确定度的评定；异常值；系统误差[难点]标准不确定度的评定；异常值；熟练使用orgin数据分析软件[基本要求]1、识记：实验标准差、测量不确定度、随机误差、系统误差、测量结果2、领会：测量仪器的不确定度3、简单应用：对混凝土、钢材等材料的裂纹长度、宽度、深度、毁伤区面积进行综合测量4、综合应用：对所测得的综合数据进行综合处理，熟练使用ORIGIN软件进行数据整理及误差分析第7单元数字图像相关方法（2学时）[知识点]数字图像相关的基本原理；相关函数的几种数学形式；提高数字图像相关法中计算速度的方法；数字图像相关中的亚像素位移测量算法；全场应变场测量方法[重点]数字图像相关的基本原理；相关函数的几种数学形式；全场应变场测量方法[难点]提高数字图像相关法中计算速度的方法；数字图像相关中的亚像素位移测量算法；全场应变场测量方法[基本要求]1、识记：金字塔搜索法、邻近域搜索法、坐标轮换法2、领会：数字图像相关的基本原理；相关函数的几种数学形式；3、简单应用：对混凝土、钢材等材料的裂纹演化发展视频进行图像处理；4、综合应用：利用MATLAB软件对外力作用下的全场变形进行简单计算[学时分配]知识单元理论学时绪论2电阻应变计4应变测量系统2传感器2测量数据处理与表示4数字图像相关方法2合计16（二）实验学时部分[实验教学环节作用及目的]实验力学通过理论教学及相应的实验，使大家对实验应力分析的最主要的方法──电测法和的基本理论和主要方法有一个基本的了解，从而使大家初步具备用实验力学的手段解决工程实际问题的能力。实验力学的学习方法是以实验为主，重点培养动手能力。[实验教学环节培养学生能力标准]在实验教学中，注意提高学生对实验能力的认识，让学生在探索性、开放性、设计性、研究性实验中不断提高思维能力和实验设计能力，培养学生的创新意识和创新精神，实验论理学课与理论课同步进行，每个实验学生都必须提前预习。实验课以学生动手为主，教师指导为辅。学生可根据教学计划网上预约实验课的时间和内容，因整个实验环节无法完全在某一个实验室完成，或某些实验需在室外进行，必要时可根据天气做机动调整。通过实验力学实验环节的培养，学生应达到以下要求：1、掌握实验数据的正确处理和误差分析，并熟悉实验测试报告的完整描述流程。2、通过综合性实验掌握电测法，能应用材料力学和结构力学知识解释构件或结构在外力作用下的应力、应变变化规律，并初步掌握动应力参数的综合测量方法。3、通过设计性实验应具备对简单实验的设计能力，即能独立完成实验的全过程，具有一定的动手能力和思维判断能力。4、对构件或结构修复加固技术、结构抗震实验、构件爆炸与冲击实验、构件承载力实验选择性了解。总之，通过实验教学环节，促使学生初步具备用实验力学的手段解决工程实际问题的能力。[实验项目、内容、学时分配及实验类型]1、必开实验序号实验项目实验内容学时实验类型(演示、验证、综合、设计研究)组数每组学生人数1电阻应变计粘贴技术常温用电阻应变片的粘贴技术4演示及综合74-62电阻应变计在电桥中的各种接法电阻应变仪的单点应变测量方法、电阻应变片半桥、1/4桥接法2验证及综合74-64传感器的安装及示波器使用示波器的特征参数设定及软件系统的正确操作；传感器的正确安装以及数据采集方法4综合74-65矩形截面偏心拉伸实验测定偏心拉伸状态下，截面轴力和偏心距、绘出指定截面应力分布图2验证74-66裂纹综合检测仪及辅助工具的使用利用裂纹综合检测仪及辅助工具对受载后构件损伤区特征参数的采集2综合74-67悬臂梁振动应变波形显示和处理利用动态应变仪及辅助工具对悬臂梁振动监测点的应变数据进行显示和后处理2综合74-62、主要仪器设备材料力学多功能实验平台、MTS实验平台、材料试验机、静态应变仪、动态应变仪、示波器、裂纹综合检测仪。四、教学方法与手段1剖析课程体系，整合优化知识结构。具体措施为：对教材内容的深度、难度进行适当调整，注意内容安排上重点突出，前后衔接，教师通过创造语境，分组式讨论并交流问题，启发思路和引导在一定范围内的争论。充实新知识．新技术，新设备和新材料等方面的内容，使其融入到教学内容中。2构建人本教学，创新教学方法。结合教学对象接受知识的能力和本课程的特点，具体措施为：力学科学史、科学家传记的引入以及两弹一星精神的教育；在传统教学方法(讨论、互动式、情景式等)的基础上，综合利用彩图、电子板书、激光笔、实物模型、多媒体课件等手段，进行工程案例教学，对学生进行职业素养和责任感的教育。3构建“分组竞赛式教学法”。分组竞赛的学习方式将竞争机制引入课堂，有利于激发学习者内心的学习欲望和动力，提高学习者的积极性和兴趣，提高学习的效率。具体措施为：将教学内容任务化，以竞赛形式完成教学任务采取共答、轮答、抢答等竞赛方式，制定合理竞赛规则、分数统计方法，以组为单位的竞赛方式，学生的每一次答或问，都将计算在本小组的得分成绩上。建立积极的奖励制度，与期末总分挂钩。五、考核要求、方式与成绩评定考核要求：考试内容为教材中重要的基本原理和基本方法；实验环节偏重于考查实验动手能力和设计能力、数据分析能力。考核形式：理论环节采用闭卷考试，实验环节采用考察方式（具体实施方式为：从必开实验中随意选取2个实验，对实验步骤、操作要点、数据处理等进行综合评测，考查重点为学生的动手能力及实验报告的正确书写。成绩评定：按照考试模式改革实施方案评定成绩，其中：考勤占20%，期末闭卷考试成绩占40%，实验综合能力考查占40%。六、选用教材、讲义和主要参考书1、主要参考教材《实验力学》，第1版，戴福隆、沈观林、谢惠民编著，清华大学出版社，2010年7月2、参考书《应变电测与传感技术》，马良珵编著，中国计量出版社，1993年11月《实验力学》，佟景伟编著，湖南科学技术出版社，1983年7月《实验力学》