工程材料力学实验

材料力学的创始人伽利略，就曾用材料力学实验试验研究了拉伸、压缩和弯曲现象。材料力学实验部分在整个材料力学中具有重要地位，材料力学实验与材料力学理论教学互为支持，互为验证，加强对材料力学理论知识的理解。主要内容包括：材料力学实验的内容、材料力学实验的标准、方法和要求、实验程序和实验报告组成。根据实验的性质，材料的力学实验可分三类。

有以下四个方面：

水动力学实验① 液体密度

比气体大得多，如水的密度约为空气的800倍。在同样的速度下，水流的动压力和驱动水流所需的功率也都远大于气流。这就要求测量水流场的仪器的支杆和传感器的某些零件有较大的强度和刚度。用实验方法测量水的附连质量是水动力学的一个重要内容。

水动力学实验② 液体常有和气体交界的自由面

水体因为存在自由面而出现一些复杂现象：如风吹过水面和舰船水面扰动；海流和潮汐运动；高速水流引起的水气二相流；容（包括气垫船等）在水面航行所引起的波动；鱼雷和导弹入水、出水所引起的器和明渠中的无压流等。在这些情况下，重力起重要作用，有时表面张力也不能忽略，又因存在粘性力，就要求在模型实验中有两个或两个以上的无量纲参数同原型的相等，从而带来不少困难。为此，常先满足弗劳德数相等的条件，再修正其他因素的影响。

水动力学实验③ 液体会蒸发

当液体温度升高、压力降低时，蒸发速率增大，甚至出现剧烈相变现象。液体流场内某一区域压力降低到该液体饱和蒸气压力（饱和蒸气压力同液体的种类和温度有关，如15℃时水的饱和蒸气压力为0.0169大气压）以下，就会出现空化现象。空化现象出现以后，流场不再是连续相，一部分为空泡所占据，这就是有空泡的流动（见空泡流理论）。在工程上，水流（如过水坝和其他水工结构中的水流）或物体（如水翼、船的螺旋桨和舵、水下导弹和鱼雷等）运动速度提高，就会出现空化现象和空泡流动。空化起始与空泡流动的实验是水动力学实验的重要内容。空泡实验的常用设备有各种类本身的起始空化数越小越好，以便进行起始空化数小的模型实验。降低空化数的常用方法是降低水流压力。因此，水洞型的水洞和变压空化拖曳水池。任何空化实验设备都必须能改变空化数的值，的循环水管必须是气密的，可抽真空，也可加压进行深潜物体实验。

水动力学实验④不能同时作到弗劳德数相似和雷诺数相似。

若模型实验中的g值与原型的相同，即

很多水动力学模型实验不能做到雷诺数相似的另一个原因是模拟对象有尺寸大于模型的特点。例如，原型船/秒，模型长度取为原型的，模型实验介质用与原型相同的水。为了做到雷诺数相似，模型速度就必须为240节，即

涵盖了教学大纲要求的全部实验，且注重培养学生的自主学习和创新能力。主要内容包括实验误差分析和数据处理、力学量传感器、理论力学实验、材料力学性能实验、应变电测实验、光测力学实验6个部分。实验误差分析和数据处理主要介绍了相关基础知识；力学量传感器主要介绍了应变式、电容式、电感式、压电式和光纤传感器；

理论力学实验主要包括摩擦、转动惯量测试、转子动平衡、振动法测量流体密度、振动法测压杆临界载荷、单自由度振动等实验；材料力学性能实验主要包括材料的拉伸、压缩、扭转、剪切、疲劳力学性能测试；应变电测实验主要包括材料弹性常数测定、弯曲正应力电测、弯扭组合变形的主应力和内力测定、偏心拉伸内力测定、压杆稳定性等实验；光测力学实验主要包括光弹性、云纹干涉、电子散斑干涉等实验。

既可作为高等学校工科各专业独立设课的“工程力学实验”的实验教材，也可作为相关专业本科生、研究生的选修和自学教材。