力学测试技术基础(第3版)

本书内容主要包括测试系统特性与应力分析方法、误差分析及处理方法、测量不确定度与评定方法、电阻应变测试的原理和方法、散斑测试技术等，重点阐述了多种应用应变测试原理的传感器、力学性能测试标准和实验方法以及光弹性实验原理和方法，并结合具体工程实践介绍了相关测试案例和应变式传感器的应用实例。

张明，南京航空航天大学航空学院教授，博士生导师，国家重大人才计划青年人才，主持了50余项国家重点型号合作项目的研究工作，授权发明专利24项，获得国家科技进步二等奖、国防科技进步一等奖、教育部技术发明一等奖等。李训涛，南京航空航天大学航空学院教授，主要从事力学领域的科研工作。苏小光，南京航空航天大学航空学院教授，

第1章 力学测试技术概述 PAGEREF _Toc99549311 \\h 11.1 力学与测试技术 PAGEREF _Toc99549312 \\h 11.1.1理论来源于试验研究 PAGEREF _Toc99549313 \\h 11.1.2材料力学中的测试技术 PAGEREF _Toc99549314 \\h 21.1.3力学以外的测试 PAGEREF _Toc99549315 \\h 31.1.4测试技术的发展历史 PAGEREF _Toc99549316 \\h 41.1.5力学测试技术与实验 PAGEREF _Toc99549317 \\h 41.2 测量的基本概念 PAGEREF _Toc99549318 \\h 51.2.1测量的定义 PAGEREF _Toc99549319 \\h 51.2.2测量的分类 PAGEREF _Toc99549320 \\h 51.2.3关于测量方法 PAGEREF _Toc99549321 \\h 61.3 测试系统 PAGEREF _Toc99549322 \\h 71.3.1测试系统的组成及基本要求 PAGEREF _Toc99549323 \\h 71.3.2测试系统的静态特性 PAGEREF _Toc99549324 \\h 101.3.3测试系统的动态特性 PAGEREF _Toc99549325 \\h 121.4 实验应力分析 PAGEREF _Toc99549326 \\h 131.4.1实验应力分析概述 PAGEREF _Toc99549327 \\h 131.4.2实验应力分析方法 PAGEREF _Toc99549328 \\h 13第2章 误差分析和数据处理 PAGEREF _Toc99549330 \\h 172.1 误差的基本概念 PAGEREF _Toc99549331 \\h 172.1.1真值 PAGEREF _Toc99549332 \\h 172.1.2误差的定义 PAGEREF _Toc99549333 \\h 182.1.3误差的表示方法 PAGEREF _Toc99549334 \\h 182.1.4误差的来源 PAGEREF _Toc99549335 \\h 192.1.5误差的分类 PAGEREF _Toc99549336 \\h 202.1.6测量数据的精度 PAGEREF _Toc99549337 \\h 202.2 有效数字及数据运算 PAGEREF _Toc99549338 \\h 222.2.1有效数字 PAGEREF _Toc99549339 \\h 222.2.2数字舍入规则 PAGEREF _Toc99549340 \\h 222.2.3数据运算规则 PAGEREF _Toc99549341 \\h 232.2.4测量结果数值的修约 PAGEREF _Toc99549342 \\h 242.3 随机误差 PAGEREF _Toc99549343 \\h 252.3.1抽样、样本与多次重复测量 PAGEREF _Toc99549344 \\h 252.3.2正态分布的概率计算 PAGEREF _Toc99549345 \\h 252.3.3数学期望与方差的估计值 PAGEREF _Toc99549346 \\h 262.3.4随机误差的特性 PAGEREF _Toc99549347 \\h 282.3.5随机误差的正态分布规律 PAGEREF _Toc99549348 \\h 282.3.6 标准差的计算 PAGEREF _Toc99549349 \\h 292.3.7算术平均值标准差的计算 PAGEREF _Toc99549350 \\h 302.3.8置信水平和极限误差 PAGEREF _Toc99549351 \\h 312.4 系统误差 PAGEREF _Toc99549352 \\h 342.4.1系统误差的分类 PAGEREF _Toc99549353 \\h 342.4.2系统误差对测量结果的影响 PAGEREF _Toc99549354 \\h 352.4.3系统误差出现的原因及消除 PAGEREF _Toc99549355 \\h 362.5 粗大误差 PAGEREF _Toc99549356 \\h 392.5.1粗大误差产生的原因 PAGEREF _Toc99549357 \\h 392.5.2判别粗大误差准则 PAGEREF _Toc99549358 \\h 392.6 误差的合成 PAGEREF _Toc99549359 \\h 412.6.1系统误差的合成 PAGEREF _Toc99549360 \\h 412.6.2随机误差的合成 PAGEREF _Toc99549361 \\h 412.6.3误差的总合成 PAGEREF _Toc99549362 \\h 422.6.4间接测量的误差合成 PAGEREF _Toc99549363 \\h 422.7 测量的不确定度 PAGEREF _Toc99549364 \\h 432.7.1概述 PAGEREF _Toc99549365 \\h 432.7.2测量不确定度的定义 PAGEREF _Toc99549366 \\h 432.7.3测量不确定度与误差 PAGEREF _Toc99549367 \\h 442.7.4测量不确定度的评定方法 PAGEREF _Toc99549368 \\h 452.7.5不确定度的合成 PAGEREF _Toc99549369 \\h 482.7.6扩展不确定度的确定 PAGEREF _Toc99549370 \\h 492.8 数据处理 PAGEREF _Toc99549371 \\h 502.8.1数据处理方法 PAGEREF _Toc99549372 \\h 502.8.2一元线性回归 PAGEREF _Toc99549373 \\h 51第3章 电阻应变测量原理及方法 PAGEREF _Toc99549375 \\h 573.1 概述 PAGEREF _Toc99549376 \\h 573.2 电阻应变片的工作原理、构造和分类 PAGEREF _Toc99549377 \\h 583.2.1电阻应变片的工作原理 PAGEREF _Toc99549378 \\h 583.2.2电阻应变片的构造 PAGEREF _Toc99549379 \\h 593.2.3电阻应变片的分类 PAGEREF _Toc99549380 \\h 593.3 电阻应变片的工作特性及标定 PAGEREF _Toc99549381 \\h 633.3.1电阻应变片的工作特性 PAGEREF _Toc99549382 \\h 633.3.2电阻应变片工作特性的标定 PAGEREF _Toc99549383 \\h 673.4 电阻应变片的选择、安装和防护 PAGEREF _Toc99549384 \\h 693.4.1电阻应变片的选择 PAGEREF _Toc99549385 \\h 693.4.2电阻应变片的安装 PAGEREF _Toc99549386 \\h 703.4.3电阻应变片的防护 PAGEREF _Toc99549387 \\h 713.5 半导体应变片 PAGEREF _Toc99549388 \\h 713.5.1半导体应变片的结构及工作原理 PAGEREF _Toc99549389 \\h 723.5.2半导体应变片的特点 PAGEREF _Toc99549390 \\h 723.5.3半导体应变片的粘贴技术 PAGEREF _Toc99549391 \\h 733.6 电阻应变片的测量电路 PAGEREF _Toc99549392 \\h 743.6.1 直流电桥 PAGEREF _Toc99549393 \\h 743.6.2电桥的平衡 PAGEREF _Toc99549394 \\h 773.6.3测量电桥的基本特性 PAGEREF _Toc99549395 \\h 773.6.4测量电桥的连接与测量灵敏度 PAGEREF _Toc99549396 \\h 783.7 电阻应变仪与应变测试系统 PAGEREF _Toc99549397 \\h 853.7.1静态电阻应变仪 PAGEREF _Toc99549398 \\h 853.7.2 测量通道的切换 PAGEREF _Toc99549399 \\h 863.7.3公共补偿接线方法 PAGEREF _Toc99549400 \\h 893.7.4动态电阻应变仪 PAGEREF _Toc99549401 \\h 923.7.5电阻应变测试系统 PAGEREF _Toc99549402 \\h 933.8 应变－应力换算关系 PAGEREF _Toc99549403 \\h 963.8.1单向应力状态 PAGEREF _Toc99549404 \\h 963.8.2广义胡克定律 PAGEREF _Toc99549405 \\h 963.8.3已知主应力方向的二向应力状态 PAGEREF _Toc99549406 \\h 973.8.4未知主应力方向的二向应力状态 PAGEREF _Toc99549407 \\h 983.8.5不同形式应变花的主应变和主应力计算 PAGEREF _Toc99549408 \\h 993.9 测量电桥的应用 PAGEREF _Toc99549409 \\h 1013.9.1拉压应变的测定 PAGEREF _Toc99549410 \\h 1013.9.2弯曲应变的测定 PAGEREF _Toc99549411 \\h 1033.9.3弯曲切应力的测定 PAGEREF _Toc99549412 \\h 1043.9.4扭转切应力的测定 PAGEREF _Toc99549413 \\h 1063.9.5内力分量的测定 PAGEREF _Toc99549414 \\h 1073.10 应变测量 PAGEREF _Toc99549415 \\h 1103.10.1应变的直接测量 PAGEREF _Toc99549416 \\h 1103.10.2应力的间接测量 PAGEREF _Toc99549417 \\h 1113.10.3静态应变测量 PAGEREF _Toc99549418 \\h 1123.10.4动态应力应变测量 PAGEREF _Toc99549419 \\h 1133.11 电阻应变式传感器 PAGEREF _Toc99549420 \\h 1153.11.1概述 PAGEREF _Toc99549421 \\h 1153.11.2测力(称重)传感器 PAGEREF _Toc99549422 \\h 1153.11.3扭矩传感器 PAGEREF _Toc99549423 \\h 1263.11.4压力传感器 PAGEREF _Toc99549424 \\h 1283.11.5多分力传感器 PAGEREF _Toc99549425 \\h 1303.11.6位移传感器 PAGEREF _Toc99549426 \\h 1313.11.7 加速度传感器 PAGEREF _Toc99549427 \\h 1333.12 电阻应变式传感器的精度、校准与使用 PAGEREF _Toc99549428 \\h 1343.12.1电阻应变式传感器的精度 PAGEREF _Toc99549429 \\h 1343.12.2电阻应变式传感器的校准 PAGEREF _Toc99549430 \\h 1343.12.3电阻应变式传感器的灵敏系数修正 PAGEREF _Toc99549431 \\h 1353.12.4电阻应变式传感器的仪表 PAGEREF _Toc99549432 \\h 1363.12.5电阻应变式传感器的接线方式 PAGEREF _Toc99549433 \\h 1363.13 电阻应变式传感器的设计与应用案例 PAGEREF _Toc99549434 \\h 1383.13.1悬臂梁剪切式传感器的设计 PAGEREF _Toc99549435 \\h 1383.13.2弯曲梁式应变引伸计的设计 PAGEREF _Toc99549436 \\h 141第4章 金属材料力学性能及测试原理 PAGEREF _Toc99549438 \\h 1474.1 概述 PAGEREF _Toc99549439 \\h 1474.1.1工程应力和工程应变 PAGEREF _Toc99549440 \\h 1474.1.2材料的弹性常数 PAGEREF _Toc99549441 \\h 1484.1.3测试设备 PAGEREF _Toc99549442 \\h 1494.2 金属材料拉伸时的力学性能 PAGEREF _Toc99549443 \\h 1514.2.1试样与原始标距 PAGEREF _Toc99549444 \\h 1514.2.2拉伸曲线的特点与材料力学定义 PAGEREF _Toc99549445 \\h 1524.2.3力学性能指标及国标定义 PAGEREF _Toc99549446 \\h 1544.2.4应变引伸计及其标定 PAGEREF _Toc99549447 \\h 1574.2.5材料强度指标的测定 PAGEREF _Toc99549448 \\h 1584.2.6材料的塑性指标及其测定 PAGEREF _Toc99549449 \\h 1634.2.7材料弹性常数的测定 PAGEREF _Toc99549450 \\h 1654.2.8金属材料拉伸断口分析 PAGEREF _Toc99549451 \\h 1664.3 金属材料压缩时的力学性能 PAGEREF _Toc99549452 \\h 1684.3.1 试验机及测量工具 PAGEREF _Toc99549453 \\h 1684.3.2压缩力学性能指标及国标定义 PAGEREF _Toc99549454 \\h 1694.3.3压缩试样 PAGEREF _Toc99549455 \\h 1704.3.4试验条件 PAGEREF _Toc99549456 \\h 1714.3.5材料压缩强度指标的测定 PAGEREF _Toc99549457 \\h 1714.3.6压缩弹性模量(Ec)的测定 PAGEREF _Toc99549458 \\h 1744.3.7压缩试验的断口分析 PAGEREF _Toc99549459 \\h 1744.4 金属材料扭转时的力学性能 PAGEREF _Toc99549460 \\h 1754.4.1扭转试样 PAGEREF _Toc99549461 \\h 1754.4.2 试验设备 PAGEREF _Toc99549462 \\h 1764.4.3试验条件 PAGEREF _Toc99549463 \\h 1764.4.4 扭转力学性能及测定 PAGEREF _Toc99549464 \\h 1764.4.5扭转破坏断口形式 PAGEREF _Toc99549465 \\h 1794.5 力学性能测试结果的数据处理 PAGEREF _Toc99549466 \\h 1804.5.1关于结果修约的规定 PAGEREF _Toc99549467 \\h 1804.5.2测试结果的不确定度 PAGEREF _Toc99549468 \\h 1804.6 金属材料的力学性能测试实例 PAGEREF _Toc99549469 \\h 1804.6.1低碳钢的拉伸试验实例 PAGEREF _Toc99549470 \\h 1814.6.2低碳钢的扭转试验实例 PAGEREF _Toc99549471 \\h 182第5章 光弹性测试原理及方法 PAGEREF _Toc99549473 \\h 1865.1 概述 PAGEREF _Toc99549474 \\h 1865.2 光学基础知识 PAGEREF _Toc99549475 \\h 1865.2.1光波 PAGEREF _Toc99549476 \\h 1865.2.2自然光和平面偏振光 PAGEREF _Toc99549477 \\h 1875.2.3光波的干涉 PAGEREF _Toc99549478 \\h 1875.2.4双折射 PAGEREF _Toc99549479 \\h 1885.2.5圆偏振光 PAGEREF _Toc99549480 \\h 1895.3 平面应力—光学定律 PAGEREF _Toc99549481 \\h 1915.4 平面偏振光通过受力模型后的光弹性效应 PAGEREF _Toc99549482 \\h 1925.4.1平面偏振光装置简介 PAGEREF _Toc99549483 \\h 1925.4.2平面偏振光通过受力模型后的光弹性效应 PAGEREF _Toc99549484 \\h 1925.5 圆偏振光通过受力模型后的光弹性效应 PAGEREF _Toc99549485 \\h 1955.5.1圆偏振光场光强方程式 PAGEREF _Toc99549486 \\h 1955.5.2整数级与半数级等差线 PAGEREF _Toc99549487 \\h 1975.6 白光下的等差线－等色线 PAGEREF _Toc99549488 \\h 1995.7 等差线条纹级数的确定 PAGEREF _Toc99549489 \\h 1995.7.1整数级等差线 PAGEREF _Toc99549490 \\h 1995.7.2非整数级等差线 PAGEREF _Toc99549491 \\h 2005.8 等倾线的观测 PAGEREF _Toc99549492 \\h 2025.8.1 等倾线的观测方法 PAGEREF _Toc99549493 \\h 2025.8.2等倾线的特征 PAGEREF _Toc99549494 \\h 2035.9 平面光弹性应力计算 PAGEREF _Toc99549495 \\h 2055.9.1边界应力 PAGEREF _Toc99549496 \\h 2055.9.2内部应力测定 PAGEREF _Toc99549497 \\h 2065.9.3应力集中系数的确定 PAGEREF _Toc99549498 \\h 2095.10 光弹性贴片法 PAGEREF _Toc99549499 \\h 2095.10.1光弹性贴片法的基本原理 PAGEREF _Toc99549500 \\h 2095.10.2主应变的分离 PAGEREF _Toc99549501 \\h 211第6章 散斑技术 PAGEREF _Toc99549503 \\h 2136.1 概述 PAGEREF _Toc99549504 \\h 2136.2 测试原理 PAGEREF _Toc99549505 \\h 2136.3 测试过程 PAGEREF _Toc99549506 \\h 2136.4 测试案例 PAGEREF _Toc99549507 \\h 213第7章 实验技术 PAGEREF _Toc99549509 \\h 2147.1 实验设计 PAGEREF _Toc99549510 \\h 2147.1.1实验目的 PAGEREF _Toc99549511 \\h 2147.1.2实验设计应该遵循的原则 PAGEREF _Toc99549512 \\h 2157.1.3实验设计的辅助手段 PAGEREF _Toc99549513 \\h 2167.1.4材料力学实验设计实例 PAGEREF _Toc99549514 \\h 2177.2 实验准备 PAGEREF _Toc99549515 \\h 2197.2.1实验对象(试样)准备 PAGEREF _Toc99549516 \\h 2197.2.2实验仪器准备 PAGEREF _Toc99549517 \\h 2207.2.3实验过程准备(预调) PAGEREF _Toc99549518 \\h 2207.3 实验测试过程 PAGEREF _Toc99549519 \\h 2217.3.1实验过程控制 PAGEREF _Toc99549520 \\h 2217.3.2实验数据的记录 PAGEREF _Toc99549521 \\h 2227.3.3异常及其处理 PAGEREF _Toc99549522 \\h 2227.3.4实验的重复及终止 PAGEREF _Toc99549523 \\h 2227.4 实验数据处理 PAGEREF _Toc99549524 \\h 2237.4.1数据整理及数据变换 PAGEREF _Toc99549525 \\h 2237.4.2统计分析及回归分析 PAGEREF _Toc99549526 \\h 2237.4.3误差及不确定度分析 PAGEREF _Toc99549527 \\h 2237.5 实验结果分析 PAGEREF _Toc99549528 \\h 2247.5.1实验现象及原因分析 PAGEREF _Toc99549529 \\h 2247.5.2实验结论 PAGEREF _Toc99549530 \\h 2247.5.3实验报告 PAGEREF _Toc99549531 \\h 2247.6 材料力学典型实验 PAGEREF _Toc99549532 \\h 2257.6.1纯弯曲梁正应力分布规律实验 PAGEREF _Toc99549533 \\h 2267.6.2压杆稳定实验 PAGEREF _Toc99549534 \\h 2267.6.3薄壁圆管弯扭组合变形实验 PAGEREF _Toc99549535 \\h 2287.6.4开口薄壁梁弯曲中心及内力分量测定实验 PAGEREF _Toc99549536 \\h 2307.6.5对径受压圆环设计实验 PAGEREF _Toc99549537 \\h 2327.6.6开口与闭口薄壁管受扭对比实验 PAGEREF _Toc99549538 \\h 2327.6.7光弹性测试实验 PAGEREF _Toc99549539 \\h 233