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(kāi)課部門(mén)：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(cè)定構(gòu)件中應(yīng)力和變形的一門(mén)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(wèn)題的重要手段，對(duì)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(mén)專業(yè)課，實(shí)驗(yàn)力學(xué)通過(guò)理論教學(xué)及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)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(cè)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(wèn)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(guò)實(shí)驗(yàn)獲取力學(xué)參數(shù)的各門(mén)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(cè)與傳感器技術(shù)的特點(diǎn)；應(yīng)變電測(cè)與傳感器技術(shù)的各種應(yīng)用[重點(diǎn)]應(yīng)變電測(cè)與傳感器技術(shù)的特點(diǎn)[難點(diǎn)]應(yīng)變電測(cè)與傳感器技術(shù)的特點(diǎn)；應(yīng)變電測(cè)與傳感器技術(shù)具體應(yīng)用方式及對(duì)應(yīng)的測(cè)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(jiǎn)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(cè)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(cè)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(jiǎn)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(jiǎn)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(cè)量系統(tǒng)（2學(xué)時(shí)）[知識(shí)點(diǎn)]電橋測(cè)量電路；應(yīng)變計(jì)各種接橋方法；應(yīng)變測(cè)量?jī)x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(cè)量系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[重點(diǎn)]電橋測(cè)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(jiǎn)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(cè)量技術(shù)（2學(xué)時(shí)）[知識(shí)點(diǎn)]靜態(tài)應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量技術(shù)；動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變測(cè)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(cè)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(cè)量的誤差分析；動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)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(cè)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(jiǎn)單應(yīng)用：應(yīng)變計(jì)柵長(zhǎng)的選擇、應(yīng)變片粘貼方向的影響4、綜合應(yīng)用：對(duì)引起靜態(tài)應(yīng)力應(yīng)變測(cè)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(jiǎn)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(guò)計(jì)算公式獲取不同工況下的補(bǔ)償值第6單元測(cè)量數(shù)據(jù)處理與表示（2學(xué)時(shí)）[知識(shí)點(diǎn)]測(cè)量?jī)x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(cè)量不確定度、隨機(jī)誤差、系統(tǒng)誤差、測(cè)量結(jié)果2、領(lǐng)會(huì)：測(cè)量?jī)x器的不確定度3、簡(jiǎn)單應(yīng)用：對(duì)混凝土、鋼材等材料的裂紋長(zhǎng)度、寬度、深度、毀傷區(qū)面積進(jìn)行綜合測(cè)量4、綜合應(yīng)用：對(duì)所測(cè)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(cè)量算法；全場(chǎng)應(yīng)變場(chǎng)測(cè)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(chǎng)應(yīng)變場(chǎng)測(cè)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(cè)量算法；全場(chǎng)應(yīng)變場(chǎng)測(cè)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(jiǎn)單應(yīng)用：對(duì)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(duì)外力作用下的全場(chǎng)變形進(jìn)行簡(jiǎn)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(cè)量系統(tǒng)2傳感器2測(cè)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(guò)理論教學(xué)及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，使大家對(duì)實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析的最主要的方法──電測(cè)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(wèn)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(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ恼J(rèn)識(shí)，讓學(xué)生在探索性、開(kāi)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(wú)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(guò)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(cè)試報(bào)告的完整描述流程。2、通過(guò)綜合性實(shí)驗(yàn)掌握電測(cè)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(cè)量方法。3、通過(guò)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)應(yīng)具備對(duì)簡(jiǎn)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(guò)程，具有一定的動(dòng)手能力和思維判斷能力。4、對(duì)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ㄟ^(guò)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(wèn)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(kāi)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(cè)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(cè)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(cè)儀及輔助工具的使用利用裂紋綜合檢測(cè)儀及輔助工具對(duì)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(duì)懸臂梁振動(dòng)監(jiān)測(cè)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(cè)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(duì)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(guò)創(chuàng)造語(yǔ)境，分組式討論并交流問(wèn)題，啟發(fā)思路和引導(dǎo)在一定范圍內(nèi)的爭(zhēng)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(duì)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(shū)、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(duì)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(jìng)賽式教學(xué)法”。分組競(jìng)賽的學(xué)習(xí)方式將競(jìng)爭(zhēng)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(jìng)賽形式完成教學(xué)任務(wù)采取共答、輪答、搶答等競(jìng)賽方式，制定合理競(jìng)賽規(guī)則、分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)方法，以組為單位的競(jìng)賽方式，學(xué)生的每一次答或問(wèn)，都將計(jì)算在本小組的得分成績(jī)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(jī)?cè)u(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(kāi)實(shí)驗(yàn)中隨意選取2個(gè)實(shí)驗(yàn)，對(duì)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(cè)，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(shū)寫(xiě)。成績(jī)?cè)u(píng)定：按照考試模式改革實(shí)施方案評(píng)定成績(jī)，其中：考勤占20%，期末閉卷考試成績(jī)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(shū)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(shū)《應(yīng)變電測(cè)與傳感技術(shù)》，馬良珵編著，中國(guó)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)》