實(shí)驗(yàn)力學(xué)(含實(shí)驗(yàn))教學(xué)大綱

《實(shí)驗(yàn)力學(xué)》課程教學(xué)大綱課程英文名稱：ExperimentalStressAnalysis課程編號(hào)：193992030課程類別：專業(yè)課課程性質(zhì)：必修課學(xué)分：2學(xué)時(shí)：32（其中：講課學(xué)時(shí)：16實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：16）適用專業(yè)：工程力學(xué)專業(yè)開課部門：土木工程與建筑學(xué)院力學(xué)教研室一、課程教學(xué)目的和課程性質(zhì)實(shí)驗(yàn)力學(xué)是用實(shí)驗(yàn)方法測定構(gòu)件中應(yīng)力和變形的一門學(xué)科，它和材料力學(xué)、彈塑性理論等一樣，是解決工程強(qiáng)度問題的重要手段，對改進(jìn)產(chǎn)品的工作性能、節(jié)省所使用的材料及保證安全起重要作用，在機(jī)械、化工、土建、航空等工業(yè)中得到廣泛的作用。實(shí)驗(yàn)力學(xué)是工程力學(xué)專業(yè)的一門專業(yè)課，實(shí)驗(yàn)力學(xué)通過理論教學(xué)及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，通過對該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠初步掌握實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析基礎(chǔ)、電阻應(yīng)變測量技術(shù)基礎(chǔ)，了解數(shù)字圖像處理技術(shù)，從而使大家初步具備用實(shí)驗(yàn)力學(xué)的手段解決工程實(shí)際問題的能力。二、本課程與相關(guān)課程的關(guān)系先修課程：《理論力學(xué)》、《材料力學(xué)》、《彈性力學(xué)》、《普通物理學(xué)和電工學(xué)》后修課程：《高等工程力學(xué)》、《高等實(shí)驗(yàn)力學(xué)》，服務(wù)于所有需通過實(shí)驗(yàn)獲取力學(xué)參數(shù)的各門專業(yè)課程。三、課程的主要內(nèi)容及基本要求（一）理論學(xué)時(shí)部分第1單元緒論（2學(xué)時(shí)）[知識(shí)點(diǎn)]實(shí)驗(yàn)力學(xué)的任務(wù)與作用；應(yīng)變電測與傳感器技術(shù)的特點(diǎn)；應(yīng)變電測與傳感器技術(shù)的各種應(yīng)用[重點(diǎn)]應(yīng)變電測與傳感器技術(shù)的特點(diǎn)[難點(diǎn)]應(yīng)變電測與傳感器技術(shù)的特點(diǎn)；應(yīng)變電測與傳感器技術(shù)具體應(yīng)用方式及對應(yīng)的測試內(nèi)容[基本要求]1、識(shí)記：實(shí)驗(yàn)力學(xué)的概念、電阻應(yīng)變計(jì)2、領(lǐng)會(huì)：實(shí)驗(yàn)力學(xué)中的基本方法、應(yīng)變電阻技術(shù)的主要特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)3、簡單應(yīng)用：傳感器的基本工作原理4、綜合應(yīng)用：應(yīng)變電測與傳感器在土木工程、航空航天工程的具體應(yīng)用并舉出實(shí)例，并繪制CAD測點(diǎn)布置圖。第2單元電阻應(yīng)變計(jì)（4學(xué)時(shí)）[知識(shí)點(diǎn)]電阻應(yīng)變計(jì)的基本構(gòu)造和工作原理；電阻應(yīng)變計(jì)的各項(xiàng)工作特性；電阻應(yīng)變計(jì)的種類；電阻應(yīng)變計(jì)選擇和粘貼使用方法；其他應(yīng)變計(jì)簡介[重點(diǎn)]電阻應(yīng)變計(jì)的基本構(gòu)造和工作原理；電阻應(yīng)變計(jì)的各項(xiàng)工作特性[難點(diǎn)]電阻應(yīng)變計(jì)選擇和粘貼使用方法及具體步驟；粘貼質(zhì)量的檢查[基本要求]1、識(shí)記：靈敏系數(shù)、橫向效應(yīng)系數(shù)、應(yīng)變極限、疲勞壽命、絕緣電阻2、領(lǐng)會(huì)：電阻應(yīng)變計(jì)的基本構(gòu)造和工作原理、電阻應(yīng)變計(jì)的種類3、簡單應(yīng)用：電阻應(yīng)變計(jì)選擇和粘貼使用方法4、綜合應(yīng)用：電阻應(yīng)變計(jì)選擇和粘貼在具體操作中的注意事項(xiàng)，以及疏漏點(diǎn)會(huì)造成的試驗(yàn)誤差分析。第3單元應(yīng)變測量系統(tǒng)（2學(xué)時(shí)）[知識(shí)點(diǎn)]電橋測量電路；應(yīng)變計(jì)各種接橋方法；應(yīng)變測量儀器的種類；電阻應(yīng)變儀的基本工作原理；電阻應(yīng)變儀的技術(shù)指標(biāo)及其檢定；數(shù)字應(yīng)變測量系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[重點(diǎn)]電橋測量電路；應(yīng)變計(jì)各種接橋方法；電阻應(yīng)變儀的基本工作原理[難點(diǎn)]應(yīng)變計(jì)各種接橋方法；電阻應(yīng)變儀的技術(shù)指標(biāo)及其檢定[基本要求]1、識(shí)記：半橋法、1/4橋法、全橋法2、領(lǐng)會(huì)：應(yīng)變計(jì)各種接橋方法3、簡單應(yīng)用：靜態(tài)應(yīng)變儀的檢定方法；動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀的檢定方法4、綜合應(yīng)用：電阻應(yīng)變儀橋路的合理選擇及正確連接第4單元靜、動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變測量技術(shù)（2學(xué)時(shí)）[知識(shí)點(diǎn)]靜態(tài)應(yīng)力應(yīng)變測量技術(shù)；動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變測量技術(shù)；數(shù)字信號(hào)處理[重點(diǎn)]靜態(tài)應(yīng)力應(yīng)變測量的一般步驟；應(yīng)變花計(jì)算公式；靜態(tài)應(yīng)力應(yīng)變測量的誤差分析；動(dòng)態(tài)應(yīng)變測量頻譜[難點(diǎn)]應(yīng)變花計(jì)算公式；靜態(tài)應(yīng)力應(yīng)變測量的誤差分析[基本要求]1、識(shí)記：應(yīng)變花、頻譜分析、疲勞壽命、信號(hào)2、領(lǐng)會(huì)：應(yīng)變花計(jì)算公式、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀器的頻率適用范圍3、簡單應(yīng)用：應(yīng)變計(jì)柵長的選擇、應(yīng)變片粘貼方向的影響4、綜合應(yīng)用：對引起靜態(tài)應(yīng)力應(yīng)變測量的誤差進(jìn)行綜合分析第5單元傳感器（2學(xué)時(shí)）[知識(shí)點(diǎn)]傳感器的一般特性；應(yīng)變計(jì)式傳感器的基本原理與設(shè)計(jì)；各種應(yīng)變計(jì)式傳感器的構(gòu)造和特性;壓阻式傳感器;壓電式傳感器[重點(diǎn)]傳感器的靜態(tài)特性；傳感器的動(dòng)態(tài)特性；應(yīng)變計(jì)式傳感器的基本原理與設(shè)計(jì)[難點(diǎn)]應(yīng)變計(jì)式傳感器的基本原理與設(shè)計(jì)；傳感器電路補(bǔ)償和調(diào)整；[基本要求]1、識(shí)記：傳感器、滯后、線性度、靈敏度、線性補(bǔ)償?shù)姆N類2、領(lǐng)會(huì)：應(yīng)變計(jì)式傳感器的基本原理3、簡單應(yīng)用：應(yīng)變計(jì)式傳感器的電路補(bǔ)償和調(diào)整；4、綜合應(yīng)用：已知具體參數(shù)，通過計(jì)算公式獲取不同工況下的補(bǔ)償值第6單元測量數(shù)據(jù)處理與表示（2學(xué)時(shí)）[知識(shí)點(diǎn)]測量儀器的誤差、準(zhǔn)確度和不確定度；標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定；異常值；系統(tǒng)誤差；最小二乘法；orgin數(shù)據(jù)分析軟件使用；[重點(diǎn)]標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定；異常值；系統(tǒng)誤差[難點(diǎn)]標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定；異常值；熟練使用orgin數(shù)據(jù)分析軟件[基本要求]1、識(shí)記：實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差、測量不確定度、隨機(jī)誤差、系統(tǒng)誤差、測量結(jié)果2、領(lǐng)會(huì)：測量儀器的不確定度3、簡單應(yīng)用：對混凝土、鋼材等材料的裂紋長度、寬度、深度、毀傷區(qū)面積進(jìn)行綜合測量4、綜合應(yīng)用：對所測得的綜合數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，熟練使用ORIGIN軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及誤差分析第7單元數(shù)字圖像相關(guān)方法（2學(xué)時(shí)）[知識(shí)點(diǎn)]數(shù)字圖像相關(guān)的基本原理；相關(guān)函數(shù)的幾種數(shù)學(xué)形式；提高數(shù)字圖像相關(guān)法中計(jì)算速度的方法；數(shù)字圖像相關(guān)中的亞像素位移測量算法；全場應(yīng)變場測量方法[重點(diǎn)]數(shù)字圖像相關(guān)的基本原理；相關(guān)函數(shù)的幾種數(shù)學(xué)形式；全場應(yīng)變場測量方法[難點(diǎn)]提高數(shù)字圖像相關(guān)法中計(jì)算速度的方法；數(shù)字圖像相關(guān)中的亞像素位移測量算法；全場應(yīng)變場測量方法[基本要求]1、識(shí)記：金字塔搜索法、鄰近域搜索法、坐標(biāo)輪換法2、領(lǐng)會(huì)：數(shù)字圖像相關(guān)的基本原理；相關(guān)函數(shù)的幾種數(shù)學(xué)形式；3、簡單應(yīng)用：對混凝土、鋼材等材料的裂紋演化發(fā)展視頻進(jìn)行圖像處理；4、綜合應(yīng)用：利用MATLAB軟件對外力作用下的全場變形進(jìn)行簡單計(jì)算[學(xué)時(shí)分配]知識(shí)單元理論學(xué)時(shí)緒論2電阻應(yīng)變計(jì)4應(yīng)變測量系統(tǒng)2傳感器2測量數(shù)據(jù)處理與表示4數(shù)字圖像相關(guān)方法2合計(jì)16（二）實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)部分[實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)作用及目的]實(shí)驗(yàn)力學(xué)通過理論教學(xué)及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，使大家對實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析的最主要的方法──電測法和的基本理論和主要方法有一個(gè)基本的了解，從而使大家初步具備用實(shí)驗(yàn)力學(xué)的手段解決工程實(shí)際問題的能力。實(shí)驗(yàn)力學(xué)的學(xué)習(xí)方法是以實(shí)驗(yàn)為主，重點(diǎn)培養(yǎng)動(dòng)手能力。[實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生能力標(biāo)準(zhǔn)]在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，注意提高學(xué)生對實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ恼J(rèn)識(shí)，讓學(xué)生在探索性、開放性、設(shè)計(jì)性、研究性實(shí)驗(yàn)中不斷提高思維能力和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新精神，實(shí)驗(yàn)論理學(xué)課與理論課同步進(jìn)行，每個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)生都必須提前預(yù)習(xí)。實(shí)驗(yàn)課以學(xué)生動(dòng)手為主，教師指導(dǎo)為輔。學(xué)生可根據(jù)教學(xué)計(jì)劃網(wǎng)上預(yù)約實(shí)驗(yàn)課的時(shí)間和內(nèi)容，因整個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)無法完全在某一個(gè)實(shí)驗(yàn)室完成，或某些實(shí)驗(yàn)需在室外進(jìn)行，必要時(shí)可根據(jù)天氣做機(jī)動(dòng)調(diào)整。通過實(shí)驗(yàn)力學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的培養(yǎng)，學(xué)生應(yīng)達(dá)到以下要求：1、掌握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的正確處理和誤差分析，并熟悉實(shí)驗(yàn)測試報(bào)告的完整描述流程。2、通過綜合性實(shí)驗(yàn)掌握電測法，能應(yīng)用材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)知識(shí)解釋構(gòu)件或結(jié)構(gòu)在外力作用下的應(yīng)力、應(yīng)變變化規(guī)律，并初步掌握動(dòng)應(yīng)力參數(shù)的綜合測量方法。3、通過設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)應(yīng)具備對簡單實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)能力，即能獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)的全過程，具有一定的動(dòng)手能力和思維判斷能力。4、對構(gòu)件或結(jié)構(gòu)修復(fù)加固技術(shù)、結(jié)構(gòu)抗震實(shí)驗(yàn)、構(gòu)件爆炸與沖擊實(shí)驗(yàn)、構(gòu)件承載力實(shí)驗(yàn)選擇性了解?？傊?，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，促使學(xué)生初步具備用實(shí)驗(yàn)力學(xué)的手段解決工程實(shí)際問題的能力。[實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、內(nèi)容、學(xué)時(shí)分配及實(shí)驗(yàn)類型]1、必開實(shí)驗(yàn)序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)類型(演示、驗(yàn)證、綜合、設(shè)計(jì)研究)組數(shù)每組學(xué)生人數(shù)1電阻應(yīng)變計(jì)粘貼技術(shù)常溫用電阻應(yīng)變片的粘貼技術(shù)4演示及綜合74-62電阻應(yīng)變計(jì)在電橋中的各種接法電阻應(yīng)變儀的單點(diǎn)應(yīng)變測量方法、電阻應(yīng)變片半橋、1/4橋接法2驗(yàn)證及綜合74-64傳感器的安裝及示波器使用示波器的特征參數(shù)設(shè)定及軟件系統(tǒng)的正確操作；傳感器的正確安裝以及數(shù)據(jù)采集方法4綜合74-65矩形截面偏心拉伸實(shí)驗(yàn)測定偏心拉伸狀態(tài)下，截面軸力和偏心距、繪出指定截面應(yīng)力分布圖2驗(yàn)證74-66裂紋綜合檢測儀及輔助工具的使用利用裂紋綜合檢測儀及輔助工具對受載后構(gòu)件損傷區(qū)特征參數(shù)的采集2綜合74-67懸臂梁振動(dòng)應(yīng)變波形顯示和處理利用動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀及輔助工具對懸臂梁振動(dòng)監(jiān)測點(diǎn)的應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和后處理2綜合74-62、主要儀器設(shè)備材料力學(xué)多功能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、MTS實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、材料試驗(yàn)機(jī)、靜態(tài)應(yīng)變儀、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、示波器、裂紋綜合檢測儀。四、教學(xué)方法與手段1剖析課程體系，整合優(yōu)化知識(shí)結(jié)構(gòu)。具體措施為：對教材內(nèi)容的深度、難度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，注意內(nèi)容安排上重點(diǎn)突出，前后銜接，教師通過創(chuàng)造語境，分組式討論并交流問題，啟發(fā)思路和引導(dǎo)在一定范圍內(nèi)的爭論。充實(shí)新知識(shí)．新技術(shù)，新設(shè)備和新材料等方面的內(nèi)容，使其融入到教學(xué)內(nèi)容中。2構(gòu)建人本教學(xué)，創(chuàng)新教學(xué)方法。結(jié)合教學(xué)對象接受知識(shí)的能力和本課程的特點(diǎn)，具體措施為：力學(xué)科學(xué)史、科學(xué)家傳記的引入以及兩彈一星精神的教育；在傳統(tǒng)教學(xué)方法(討論、互動(dòng)式、情景式等)的基礎(chǔ)上，綜合利用彩圖、電子板書、激光筆、實(shí)物模型、多媒體課件等手段，進(jìn)行工程案例教學(xué)，對學(xué)生進(jìn)行職業(yè)素養(yǎng)和責(zé)任感的教育。3構(gòu)建“分組競賽式教學(xué)法”。分組競賽的學(xué)習(xí)方式將競爭機(jī)制引入課堂，有利于激發(fā)學(xué)習(xí)者內(nèi)心的學(xué)習(xí)欲望和動(dòng)力，提高學(xué)習(xí)者的積極性和興趣，提高學(xué)習(xí)的效率。具體措施為：將教學(xué)內(nèi)容任務(wù)化，以競賽形式完成教學(xué)任務(wù)采取共答、輪答、搶答等競賽方式，制定合理競賽規(guī)則、分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)方法，以組為單位的競賽方式，學(xué)生的每一次答或問，都將計(jì)算在本小組的得分成績上。建立積極的獎(jiǎng)勵(lì)制度，與期末總分掛鉤。五、考核要求、方式與成績評(píng)定考核要求：考試內(nèi)容為教材中重要的基本原理和基本方法；實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)偏重于考查實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力和設(shè)計(jì)能力、數(shù)據(jù)分析能力?？己诵问剑豪碚摥h(huán)節(jié)采用閉卷考試，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)采用考察方式（具體實(shí)施方式為：從必開實(shí)驗(yàn)中隨意選取2個(gè)實(shí)驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)步驟、操作要點(diǎn)、數(shù)據(jù)處理等進(jìn)行綜合評(píng)測，考查重點(diǎn)為學(xué)生的動(dòng)手能力及實(shí)驗(yàn)報(bào)告的正確書寫。成績評(píng)定：按照考試模式改革實(shí)施方案評(píng)定成績，其中：考勤占20%，期末閉卷考試成績占40%，實(shí)驗(yàn)綜合能力考查占40%。六、選用教材、講義和主要參考書1、主要參考教材《實(shí)驗(yàn)力學(xué)》，第1版，戴福隆、沈觀林、謝惠民編著，清華大學(xué)出版社，2010年7月2、參考書《應(yīng)變電測與傳感技術(shù)》，馬良珵編著，中國計(jì)量出版社，1993年11月《實(shí)驗(yàn)力學(xué)》，佟景偉編著，湖南科學(xué)技術(shù)出版社，1983年7月《實(shí)驗(yàn)力學(xué)》