工程力学总结

第一篇：工程力学总结

工程力学总结

知识点介绍：

§1–1 静力学的基本概念

1、平衡——平衡是物体机械运动的特殊形式，是指物体相对地球处于静止或匀速直线运动状态。

2、刚体——在外界的任何作用下形状和大小都始终保持不变的物体。或者在力的作用下，任意两点间的距离保持不变的物体。刚体是一种理想化的力学模型。

一个物体能否视为刚体，不仅取决于变形的大小，而且和问题本身的要求有关。

3、力——力是物体相互间的机械作用，其作用结果使物体的形状和运动状态发生改变。§1–2 静力学公理 基本概念

力 系——作用于同一物体或物体系上的一群力。等效力系——对物体的作用效果相同的两个力系。平衡力系——能使物体维持平衡的力系。

合 力——在特殊情况下，能和一个力系等效的一个力。

公理一(二力平衡公理)要使刚体在两个力作用下维持平衡状态，必须也只须这两个力大小相等、方向相反、沿同一直线作用。

公理二(加减平衡力系公理)可以在作用于刚体的任何一个力系上加上或去掉几个互成平衡的力，而不改变原力系对刚体的作用。

推论(力在刚体上的可传性)作用于刚体的力，其作用点可以沿作用线在该刚体内前后任意移动，而不改变它对该刚体的作用。

公理三(力平行四边形公理)作用于物体上任一点的两个力可合成为作用于同一点的一个力，即合力。合力的矢由原两力的矢为邻边而作出的力平行四边形的对角矢来表示。即，合力为原两力的矢量和。矢量表达式：R= F1+F2

推论(三力汇交定理)当刚体在三个力作用下平衡时，设其中两力的作用线相交于某点，则第三力的作用线必定也通过这个点。

公理四(作用和反作用公理)任何两个物体间的相互作用的力，总是大小相等，作用线相同，但指向相反，并同时分别作用于这两个物体上。

公理五(刚化公理)设变形体在已知力系作用下维持平衡状态，则如将这个已变形但平衡的物体变成刚体（刚化），其平衡不受影响。

§1–3 约束和约束反力 基本概念：

1、自由体：可以任意运动（获得任意位移）的物体。

2、非自由体：不可能产生某方向的位移的物体。

3、约束：由周围物体所构成的、限制非自由体位移的条件。

4、约束反力：约束对被约束体的反作用力。

5、主动力：约束力以外的力。

§1–4 受力分析和受力图 画受力图的方法与步骤：

1、取分离体（研究对象）

2、画出研究对象所受的全部主动力（使物体产生

运动或运动趋势的力）

3、在存在约束的地方，按约束类型逐一画出约束

反力（研究对象与周围物体的连接关系）§2–1 力系的基本类型

平面力系——各力的作用线都在同一平面内的力系。否则为空间力系。

共点力系——各力均作用于同一点的力系。

力 偶——作用线平行、指向相反而大小相等的两个力。

力 偶 系——若干个力偶组成的力系。

§2–2 共点力系合成与平衡的几何法

1、合成的几何法：

2、力的多边形规则：

§2–3 力的投影.力沿坐标轴的分解

力在平面上的投影：由力矢F 的始端A 和末端B向投影平面oxy引垂线，由垂足A′到B′所构成的矢量A′ B′，就是力在平面Oxy上的投影记为Fxy。

力在坐标轴上的分解： 合力投影定理：合力在任一轴上的投影，等于它的各分力在同一轴上的投影的代数和。

共点力系平衡的充要解析条件：

力系中所有各力在各个坐标轴中每一轴上的投影的代数和分别等于零。

§2–5 两个平行力的合成 两同向平行力的合成定理：

两同向平行力的合成结果是一个力，这个力的大小等于原两力大小之和，作用线与原两力平行，并内分原两力的作用点为两段，使这两段的长度与原两力的大小成反比，合力的指向与原两力相同。两反向平行力的合成定理：

大小不同的两个反向平行力的合成结果是一个力，这合力的大小等于原两力大小之差，作用线与原两力平行，且在原两力中较大一个的外侧，并且外分原两力的作用点为两段，使这两段的长度与原两力的大小成反比。合力的指向与较大的外力相同。

§2–6 力偶及其性质

2、力偶臂——力偶中两个力的作用线

之间的距离。

3、力偶矩——力偶中任何一个力的大

小与力偶臂d 的乘积，加上

适当的正负号。力偶矩正负规定：

若力偶有使物体逆时针旋转的趋势，力偶矩取正号；反之，取负号。第三章 力偶矩矢

1、概念：

用来表示力偶矩的大小、转向、作用面的有向线段。

2、力偶的三要素：

(1)、力偶矩的大小。(2)、力偶的转向。

(3)、力偶作用面的方位。

3、符号：l

4、力偶矩矢与力矢的区别

力偶矩矢是自由矢量，而力矢是滑动矢量。l 指向人为规定，力矢指向由本身所决定。

5、力偶等效定理又可陈述为: 力偶矩矢相等的两个力偶是等效力偶。

§3–1 力对点之矩

一、力矩的定义——力F 的大小乘以该力作用线到某点O 间距离d，并加 上适当正负号，称为力F 对O 点的矩。简称力矩。

二、力矩的表达式:

三、力矩的正负号规定：按右手规则，当有逆时针转动的趋向时，力F 对O 点的矩取正值。

四、力矩的单位：与力偶矩单位相同，为 N.m。

§3–2 力线平移定理

二、几个性质：

1、当力线平移时，力的大小、方向都不改变，但附加力偶的矩的大小与正负一般要随指定O点的位置的不同而不同。

2、力线平移的过程是可逆的，即作用在同一平面内的一个力和一个力偶，总可以归纳为一个和原力大小相等的平行力。

3、力线平移定理是把刚体上平面任意力系分解为一个平面共点力系和一个平面力偶系的依据。

§3–3平面任意力系的简化•主矢与主矩

一、力系向给定点O 的简化

应用力线平移定理，可将刚体上平面任意力系中各个力的作用线全部平行移到作用面内某一给定点O。从而这力系被分解为平面共点力系和平面力偶系。这种变换的方法称为力系向给定点O 的简化。点O 称为简化中心。

二、几点说明：

1、平面任意力系的主矢的大小和方向与简化中心的位置无关。

2、平面任意力系的主矩与简化中心O 的位置有关。因此，在说到力系的主矩时，一定要指明简化中心。第四章 扭 转

扭转变形是指杆件受到大小相等,方向相反且作用平面垂直于杆件轴线的力偶作用,使杆件的横截面绕轴线产生转动。

受扭转变形杆件通常为轴类零件，其横截面大都是圆形的。所以本章主要介绍圆轴扭转。

第二篇：工程力学公式总结

第一章 静力学的基本概念和公理 受力图 P2 刚体 力的三要素：大小、方向、作用点

静力学公理：1力的平行四边形法则2二力平衡条件3加减平衡力系原理（1）力的可传性原理（2）三力平衡汇交定理4作用与反作用定律

P7 约束：柔索约束；光滑面约束；光滑圆柱（圆柱、固定铰链、向心轴承、辊轴支座）；链杆约束（二力杆）第二章平面汇交力系

P16平面汇交力系平衡几何条件：力多边形自行封闭 P19 合力投影定理

P20平面汇交力系平衡条件：∑Fix=0；∑Fiy=0。2个独立平衡方程 第三章 力矩平面力偶系

P24 力矩M0(F)=±Fh(逆时针为正)P25 合力矩定理 P26力偶；力偶矩M=±Fd(逆时针为正)P27力偶的性质：力偶只能用力偶平衡 P28平面力偶系平衡条件 第四章平面任意力系

P33 力的平移定理

P34平面力向力系一点简化

P36平面任意力系平衡条件：∑Fix=0；∑Fiy=0，∑M0(Fi)=0。3个独立方程 P38平面平行力系平衡条件：2个独立方程 P39 静定，超静定

P43 摩擦，静摩擦力，动摩擦力 第五章 空间力系 重心

P53 空间力系平衡条件：6个方程；空间汇交力系：3个方程；空间平行力系：3个方程

第六章 点的运动

dsP64 质点

P65 点的速度v，dtv2dv加速度：切向加速度a，速度大小变化；法向加速度an，速度方向变

dt2化，加速度aa2an

第七章 刚体的基本运动 P73平动 P74转动，角速度转速，r/s)P76 转动刚体内各点的速度vR，加速度aR，anR2 第九章 刚体动力学基础 P87 质心运动定理：maFe

P88转动定理JzMz，转动惯量：圆环JzmR2；圆盘JzmR2/2；细杆Jzml2/12。

dd，角加速度，角速度2n(n是dtdtP91平行轴定理Jz`Jzmd2 第十章 动能定理

Jz2mv2P97平动刚体动能T；转动刚体动能T

22P100弹性力的功Ac2(122)2P101动能定理T2T1所有内力、外力的总功，对刚体来说内力作功为0。第十一章 材料力学的基本概念

P107 强度、刚度、稳定性；对变形固体所做的基本假设：连续性假设、均匀性假设、各向同性假设、小变形假设。

P108 截面法、应力

P109杆件变形的基本形式：拉伸与压缩、剪切、扭转、弯曲

第十二章 轴向拉伸与压缩 P110轴力

P111正应力FN，[]o/n []许用应力（强度条件）

AFll，胡克定律E或lN，E是材料拉压

EAlP114轴向拉压变形：线应变弹性模量，EA是材料抗拉压刚度，横向线应变`，μ是泊松比 P116低碳钢力学性质，强度指标，伸长率

P122应力集中 第十三章 剪切

P128 剪切实用计算：切应力均匀分布FS[]许用切应力，[]o A挤压实用计算：挤压应力均匀分布bsFbs[bs]许用挤压应力，对圆柱形挤Abs压面Absdl，d是圆直径，l是圆柱高度。第十四章 扭转

p(Nm)，p是功率，n是转速(r/min）nP135扭矩T，从左端看，顺时针外力偶矩产生正扭矩T=M0 P134传动轴扭转外力偶矩M09550P137扭转切应力maxTT，极惯性矩Ip，抗扭截面系数Wp：圆形Ip/RWpIpD432，WpD316，空心圆轴Ipα=d/D D432，Wp（1）4D316（14）扭转强度条件maxP139扭转角TmaxWp[]许用切应力

Tl（弧度），GIp：截面的抗扭刚度 GIp第十五章 弯曲内力

P144 支座形式和支座反力、梁的典型形式 P146 剪力Fs、弯矩M P150剪力Fs、弯矩M与均衡力q的关系 第十六章 弯曲应力 P154中性层、中性轴 P155最大正应力maxMymaxM，IZ是惯性矩，WZ是抗弯截面系数：矩形IZWZbh3bh2d4d3；圆形IZ；空心圆截面 IZ，WZ，WZ1266432IZd464(1)，WZ4d332(14)

P158弯曲正应力强度计算max[]许用弯曲正应力

P163提高弯曲强度的措施 第十七章 弯曲变形

P169 挠度v、转角θ P172叠加法求梁的变形

P176表17-1（8）（9）

第十八章组合变形

P184弯曲+扭转：横向力使轴弯曲，弯矩是M；转动力使轴扭转，扭矩是T。第三强度理论r31WZ1WZM2T2[]；

第四强度理论r4M20.75T2[]

第十九章 压杆的稳定性 P193 压杆的柔度li，惯性半径iI，杆长为l，μ是长度因数P191 A1细长杆p，欧拉公式cr2E2； 2中长杆Sp，直线公式crab； 3粗短杆S，强度公式crS 第二十章 动载荷

P204 提高构件抗冲击能力的措施 第二十一章 交变应力 P208 疲劳破坏，循环特征rmin：r=－1，对称循环交变应力；r=0，脉动循环；maxr=1，静应力。

P210影响构件持久极限的主要因素

第三篇：工程力学实验总结

工程力学实验总结

对于标准拉伸试件为测量标距Lo的长度，可选用游标卡尺；为测量标距Lo的总变形在弹性范围内的？长，可选用引伸计；对其加载并测量荷载值，可选用万能试验机。我们接触过的动态试验机有冲击试验机和疲劳试验机，而后者又分为两种，一种是旋转弯曲疲劳试验机，另一种是高频拉压疲劳试验机。

如果测点处是二向应力状态，则当主应力方向已知时，应选择直角应变花，使丝韧沿主应力方向粘贴，当主应力方向根本无法估计时，应选用等角应变花。

对粘贴后的应变片进行质量检查，要求为：a粘贴位置，方向准确b粘贴缝内无气泡，孔隙c应变计阻值无明显变化d一般测量引出线与构件间的绝缘电阻大于100M欧姆

在对断后的低碳钢进行拉伸试件测定长度时，若断面距最近标距点的距离大于Lo/3，可采用直接测量法；若该距离等于或者小于Lo/3，采用移位法测量。（工程力学实验课本P160）;若断口在两段与头部距离小于或者等于2d时，试验无效。

为减小应变片机械滞后效应，可采取的措施有：采用高质量的应变计；固化完全；在正式测量前，预先加，卸载3-5次。

对于液压式试验机，测力的方式有压力表测试，摆锤测试，弹簧测试，电子测试。

如果进行高温下的应变测量，多选电阻应变计的基底为金属基，敏感栅的材料为铂钨合金，敏感栅最好为丝绕式。

使用液压摆锤式万能试验机时，确认摆杆是否铅垂有三种方法：a看摆杆标示牌上的刻线与缓冲挡座的指示刻线是否对齐b看水准仪的气泡是否居中c增减摆锤，看力度盘上的指针位置是否变化。

为了减少电磁干扰对对电阻应变测量的影响可采取的措施有：a将测量导线捆绑成束b改变应变仪的方向c使用屏蔽电缆线。

金属材料的圆截面拉伸试样分为比例试样和非比例试样。比例试样关系式：Lo=Kd，其中K=5为短比例试样，K=10为长比例试样。Lo为原始标距，d为原始直径。

引伸计是一种测量变形的器具，按其结构原理引伸计可分为机械引伸计，光学引伸计，电学引伸计三大类。

以敏感栅的工艺上考虑，横向效应最大的是丝绕式应变计，疲劳寿命最短的是短接式应变计，横向效应最小的是箔式应变计。

使用液压万能试验机时为减少读数误差，常要求所测荷载在满量程的20%-80%之间。应变片粘贴方向不准造成的误差，不仅与角偏差有关，还和预定粘贴方位与该点主应变的夹角有关。

对发动机活塞连杆机构中的连杆，若要测量其材料的持久极限，需选择拉压疲劳试验机。在铸铁的拉伸，压缩，扭转实验中，试样破坏后的形式分别为横截面，45°斜截面，45°螺旋断面。

电测法测量应变时，为尽量显示测点的真实应变，在应力集中点应选用小应变计，在测非均质材料的应用大应变计，并且应变计的标距长度至少是直径的4倍。

为减少应变片粘贴不准确带来大测量误差，在测点的主应力方向已知时，选择直角应变花，并沿主应力方向粘贴；在主应力方向未知时，选择等角应变花。

由于应变计敏感栅的横栅部分感受横向应变而对轴向测量值产生的影响称为横向效应，其大小用H表示。

在一钢结构表面某点站贴一枚应变计（另有一枚补偿计）应变计与应变仪间用80米的长导线连接，连接方式为半桥三线接法，若已知应变计与应变仪的灵敏系数均为2.0，导线电阻为0.175Ω/m，应变计电阻为120Ω，测得应变仪读数为。。。

一构件处于平面应力状态，若要测定构件上的某点的主应力，在该点至少站贴2枚应变计。应变片横向效应带来的应变测量误差不仅与应变片横向效应系数H有关，还与测点的应变状态及应变计的安装方位以及结构材料有关。火车车轴受交变应力的作用，为测定车轴在这种交变应力作用下的疲劳极限，应选择高频拉压疲劳试验机。

在动态测量中，常采用磁带记录仪作为记录仪器，其最大特点是工作频带宽，信息可以长期保存，便于和纤毫处理器或计算机连接。简答：

简述从读书应变中消除应变仪零点漂移的方法：取两个标准精密电阻（120Ω）作为应变计，接在应变仪的一个通道上，调平；在记录各工作通道读数时，同时记录下这一通道的读数，该读数即应变仪的零点漂移，将各通道读数减去零点漂移，即为修正后的各通道的读数应变。一般的塑性材料在压缩时屈服曲线几种可能形式：屈服阶段是水平状；屈服阶段是下降状；屈服阶段是波动状。

应变测量的方法：电测法，光测法，脆性涂层法。工程力学实验基本任务包括：测定材料力学性能，孕育理论和验证理论，实测构件力学行为。我国的标准分：行业和国家标准；国际上分：国家标准和国际标准。

力学量及其测量设备：载荷（测力计，材料试验机）尺寸（量具，光学显微镜）变形（引伸计）应变（电测应变仪与应变计，光测）应力（光测法）位移（引伸计）冲击韧性（疲劳试验机）

力学实验测量对象：实物和试样，试样有：仿实物模型和材料试样。数值修约：P12，P13，P14 利用应变计和引伸计测量线应变时，任何非线性的应变分布均会引入误差，在一定的允许误差下，应力梯度越大，标距需越小，反之可大。

变形计四个基本特征：标距，灵敏度，量程，精确度。

引伸计类型：机械引伸计（杠杆式，表式）光学引伸计（马丁仪）电学引伸计（电容式，电感式，电阻式）

应变计的构造：敏感栅，基底，覆盖层，粘结剂，引出线。（各部分的作用P28）

敏感栅材料的物理特性：灵敏度K越大，电阻率p越大，电阻温度系数小，比例极限高，加工性能好。

按敏感栅材料分：康铜应变计（用于常中温静载及大应变量的测量）镍铬合金应变计（适用于制作测动态应变的和小栅长的应变计）卡玛合金应变计（用于中高温应变测量和传感器的制作）铂钨合金应变计（用于高温应变测量，工作温度可达800-1000度）恒弹合金应变计（用于动态应变测量）

按基底材料分：纸基（用于常温应变测量）胶基（适用的温度范围广）玻璃纤维基（用于中高温度应变测量）金属基（特别适用于较高温度的测量场合）

按敏感栅的长度分：小应变计（L小于2mm，用于应力梯度变化较剧烈的区域）大应变计（L大于30mm，用于非均匀介质标距是直径的4倍）普通应变计（L介于2至30mm之间，用于均匀材料中均匀或变化不剧烈的应变场）

机械滞后：在恒定温度下，对粘贴有应变计的构件进行加载和卸载，应变计在相应的两过程中的指示应变关系曲线不重合的现象。减小机械滞后的措施：采用高质量的应变计，固化完全，正式测量前预先加载，卸载3-5次。零点漂移产生的原因：应变计在受潮时使绝缘电阻逐渐降低产生漏电，应变计通过电流使自身温度逐渐升高以及热电势等。疲劳寿命：粘贴在构件上的应变计在恒定幅度的交变应力作用下，连续工作直至疲劳损坏的循环次数。

对粘贴后的应变片的质量检查要求：粘贴方位正确；粘贴面内无气泡；应变计电阻值前后无明显变化；一般测量应变计引出线与构件之间的电阻应在100MΩ以上。电阻应变仪的种类：静态电阻应变仪，静动态电阻应变仪，（以测量静态应变为主，能兼做频率在200hz以下的单点动态应变测量）动态电阻应变仪（用于频率在10khz以下的动态应变）超动态电阻应变仪（主要用于爆炸，高速冲击等的瞬态应变测量）。简述低碳钢拉伸试样断面收缩率的测定方法：断面收缩率在标距段的两端及中间截面处沿两相互垂直方向测量直径各一次，并对每个截面求直径的算术平均值，取三个截面中平均直径的最小值，计算横截面面积..A1为横截面积，断后面积应取试样颈缩截面计算，测量时，将断后的面对接在一起，在颈缩最小处沿两互相垂直的方向测量直径各一次，取其平均值计算断后面积A1.简述使用液压式材料万能试验机时消除平台自重的方法：开启油泵电机，打开送油阀，使活塞上升一段距离（10-20mm）；调整平衡铊使摆杆处于铅垂；调整示力度盘指针对零。简述测定金属材料断后伸长率的方法：断后伸长率

Lo为试样的原始标距，取试样的中部作为原始标距段，量出试样原始标距的长度Lo，L1为断后标距，测量方法，将断后的两段紧密的对接在一起，尽量保证两段轴线位于同一直线内，若断面形成缝隙，则此缝隙也应计入断后标距，测量时，若断面距最近的标距端点的距离大于Lo/3，则直接测量两标距端点间的距离作为断后标距L1，若断面距最近标距端点的距离小于或等于Lo/3，则采用移位法测量断后标距。（移位法P160）

简述静态电阻应变仪的使用方法：接通电源，预热15-30分钟；连接传感器及测量桥路；选择测力单位，调整测力仪初读数为零；调整应变仪的灵敏系数；调整应变仪各通道读数为零；加载测量各通道的应变；实验结束后，卸载，关闭电源，拆除各连接导线，将各仪器恢复原来状态。

简述应变测量中由环境变化引起的零点漂移的综合修正方法：在构件的测点附近，放置一个与构件材料相同但不承受力的物块，按照对测点同样的要求，在该物块上粘贴一枚应变计作为工作片，与该工作片对应的补偿片应和其他测点的补偿片完全相同，把上述应变片接在应变仪的一个通道上，调平；在记录各工作通道读数时，同时记录下这一通道的读数，该读数即由外界环境变化和应变计不稳定引起的零点漂移，将各通道读数减去零点漂移，即为修正后的各通道的读数应变。

常用应变计相关特点：铂钨合金：耐高温，Ks较高，与温度线性关系好，稳定，多用于高温测量。丝绕式：工艺简单，造价低廉，但横向效应大，可用于高温。短接式：横向效应较小，但疲劳寿命短，适用中温。箔式应变计：易于加工，横向效应小，附着性，散热性好，蠕变，机械滞后小，疲劳寿命长，可随意造型，用途广，但不耐高温。广泛应用于中温测量。应变计布置：a单向应力状态点：沿力方向粘贴一枚应变计b二向应力状态点：主应力方向已知时沿主应力方向站贴直角应变花。主应力方向大略知道时粘贴45°应变花，主应力方向完全不知道时粘贴等角应变花。

减小湿度影响的措施：a选用胶基应变计b应变计粘贴后应充分干燥完全固化c采取有效的防潮措施。

减小温度影响的措施：a采用桥路补偿法b避免环境温度的剧烈变化特别是不均匀的变化c考虑测量导线的温度补偿d测点转换后应待工作片与补偿片温度一致是再测取读数。

液压摆锤式万能材料试验机操作规程;a测量试件直径，估计荷载，选度盘挂摆锤，置缓冲阀于相应位置b试样夹上夹头，启油泵，开送油阀，使活塞上升一段距离，调整平衡铊使摆杆处于铅垂，调整示力度盘指针对零，从动针和主动针重合c用工作台的升降电机调整实验空间，装夹试件d将从动针拨回靠拢主动针，若要绘图装上图纸和记录笔e缓慢打开送油阀给试样平稳加载，注意读数取有用的力值。f实验完毕，关送油阀，停油泵，破坏性实验，先取下试样，再开回油阀回油。非破坏性实验，先开回油阀卸载再取下试样，最后使试验机复原。

测量精度要求：消除摆锤以外其他构件重量；使摆锤处于铅垂位置；消除各零件间的摩擦。万能材料试验机力值精度鉴定用具：允许误差为+-0.1%的专用重力砝码，允许误差为+-0.1%的测力杠杆，用相应精度的标准测力计。力值的精确度检验步骤：将测力仪放在万能机上下压头之间并对中做几次预加载；对试验机和测力仪调零，平缓加载；校验示值相对误差和示值相对变动；校验示值进回程差。

扭转试验机操作步骤：估计实验所需的最大扭矩，转动量程选择手轮，选择合适的度盘；根据试样的头部尺寸选择夹头和衬套的大小；选择相应速度档将调速电位器对零；放好记录笔和记录纸，选择速度，打开记录器开关；按需要按下加载方向按钮；实验结束，立即按下停止开关。

冲击试验机类型：冲击方式（落锤式，摆锤式，回转圆盘式）按试样变形形式分弯曲冲击试验机，拉力冲击试验机，扭转冲击试验机）

长导线对应变测量的影响：输出应变减小；平衡能力降低；温度补偿失效。

第四篇：工程力学实验总结

工程力学实验总结

1.对于标准拉伸试件为测量标距Lo的长度，可选用游标卡尺；为测量标距Lo的总变形在弹性范围内的？长，可选用引伸计；对其加载并测量荷载值，可选用万能试验机。2.我们接触过的动态试验机有冲击试验机和疲劳试验机，而后者又分为两种，一种是旋转弯曲疲劳试验机，另一种是高频拉压疲劳试验机。

3.如果测点处是二向应力状态，则当主应力方向已知时，应选择直角应变花，使丝韧沿主应力方向粘贴，当主应力方向根本无法估计时，应选用等角应变花。

4.对粘贴后的应变片进行质量检查，要求为：a粘贴位置，方向准确b粘贴缝内无气泡，孔隙c应变计阻值无明显变化d一般测量引出线与构件间的绝缘电阻大于100M欧姆 5.在对断后的低碳钢进行拉伸试件测定长度时，若断面距最近标距点的距离大于Lo/3，可采用直接测量法；若该距离等于或者小于Lo/3，采用移位法测量。（工程力学实验课本P160）;若断口在两段与头部距离小于或者等于2d时，试验无效。

6.为减小应变片机械滞后效应，可采取的措施有：采用高质量的应变计；固化完全；在正式测量前，预先加，卸载3-5次。

7.对于液压式试验机，测力的方式有压力表测试，摆锤测试，弹簧测试，电子测试。8.如果进行高温下的应变测量，多选电阻应变计的基底为金属基，敏感栅的材料为铂钨合金，敏感栅最好为丝绕式。

9.使用液压摆锤式万能试验机时，确认摆杆是否铅垂有三种方法：a看摆杆标示牌上的刻线与缓冲挡座的指示刻线是否对齐b看水准仪的气泡是否居中c增减摆锤，看力度盘上的指针位置是否变化。

10.为了减少电磁干扰对对电阻应变测量的影响可采取的措施有：a将测量导线捆绑成束b改变应变仪的方向c使用屏蔽电缆线。

11.金属材料的圆截面拉伸试样分为比例试样和非比例试样。比例试样关系式：Lo=Kd，其中K=5为短比例试样，K=10为长比例试样。Lo为原始标距，d为原始直径。

12.引伸计是一种测量变形的器具，按其结构原理引伸计可分为机械引伸计，光学引伸计，电学引伸计三大类。

13.以敏感栅的工艺上考虑，横向效应最大的是丝绕式应变计，疲劳寿命最短的是短接式应变计，横向效应最小的是箔式应变计。

14.使用液压万能试验机时为减少读数误差，常要求所测荷载在满量程的20%-80%之间。15.应变片粘贴方向不准造成的误差，不仅与角偏差有关，还和预定粘贴方位与该点主应变的夹角有关。

16.对发动机活塞连杆机构中的连杆，若要测量其材料的持久极限，需选择拉压疲劳试验机。17.在铸铁的拉伸，压缩，扭转实验中，试样破坏后的形式分别为横截面，45°斜截面，45°螺旋断面。

18.电测法测量应变时，为尽量显示测点的真实应变，在应力集中点应选用小应变计，在测非均质材料的应用大应变计，并且应变计的标距长度至少是直径的4倍。

19.为减少应变片粘贴不准确带来大测量误差，在测点的主应力方向已知时，选择直角应变花，并沿主应力方向粘贴；在主应力方向未知时，选择等角应变花。

20.由于应变计敏感栅的横栅部分感受横向应变而对轴向测量值产生的影响称为横向效应，其大小用H表示。

21.在一钢结构表面某点站贴一枚应变计（另有一枚补偿计）应变计与应变仪间用80米的长导线连接，连接方式为半桥三线接法，若已知应变计与应变仪的灵敏系数均为2.0，导线电阻为0.175Ω/m，应变计电阻为120Ω，测得应变仪读数为。。。

22.一构件处于平面应力状态，若要测定构件上的某点的主应力，在该点至少站贴2枚应变计。

23.应变片横向效应带来的应变测量误差不仅与应变片横向效应系数H有关，还与测点的应变状态及应变计的安装方位以及结构材料有关。

24.火车车轴受交变应力的作用，为测定车轴在这种交变应力作用下的疲劳极限，应选择高频拉压疲劳试验机。

25.在动态测量中，常采用磁带记录仪作为记录仪器，其最大特点是工作频带宽，信息可以长期保存，便于和纤毫处理器或计算机连接。26.简答：

简述从读书应变中消除应变仪零点漂移的方法：取两个标准精密电阻（120Ω）作为应变计，接在应变仪的一个通道上，调平；在记录各工作通道读数时，同时记录下这一通道的读数，该读数即应变仪的零点漂移，将各通道读数减去零点漂移，即为修正后的各通道的读数应变。

27.一般的塑性材料在压缩时屈服曲线几种可能形式：屈服阶段是水平状；屈服阶段是下降状；屈服阶段是波动状。

28.应变测量的方法：电测法，光测法，脆性涂层法。

29.工程力学实验基本任务包括：测定材料力学性能，孕育理论和验证理论，实测构件力学行为。

30.我国的标准分：行业和国家标准；国际上分：国家标准和国际标准。

31.力学量及其测量设备：载荷（测力计，材料试验机）尺寸（量具，光学显微镜）变形（引伸计）应变（电测应变仪与应变计，光测）应力（光测法）位移（引伸计）冲击韧性（疲劳试验机）

32.力学实验测量对象：实物和试样，试样有：仿实物模型和材料试样。33.数值修约：P12，P13，P14

34.利用应变计和引伸计测量线应变时，任何非线性的应变分布均会引入误差，在一定的允许误差下，应力梯度越大，标距需越小，反之可大。35.变形计四个基本特征：标距，灵敏度，量程，精确度。

36.引伸计类型：机械引伸计（杠杆式，表式）光学引伸计（马丁仪）电学引伸计（电容式，电感式，电阻式）

37.应变计的构造：敏感栅，基底，覆盖层，粘结剂，引出线。（各部分的作用P28）

38.敏感栅材料的物理特性：灵敏度K越大，电阻率p越大，电阻温度系数小，比例极限高，加工性能好。39.按敏感栅材料分：康铜应变计（用于常中温静载及大应变量的测量）镍铬合金应变计（适用于制作测动态应变的和小栅长的应变计）卡玛合金应变计（用于中高温应变测量和传感器的制作）铂钨合金应变计（用于高温应变测量，工作温度可达800-1000度）恒弹合金应变计（用于动态应变测量）

40.按基底材料分：纸基（用于常温应变测量）胶基（适用的温度范围广）玻璃纤维基（用于中高温度应变测量）金属基（特别适用于较高温度的测量场合）

41.按敏感栅的长度分：小应变计（L小于2mm，用于应力梯度变化较剧烈的区域）大应变计（L大于30mm，用于非均匀介质标距是直径的4倍）普通应变计（L介于2至30mm之间，用于均匀材料中均匀或变化不剧烈的应变场）

42.机械滞后：在恒定温度下，对粘贴有应变计的构件进行加载和卸载，应变计在相应的两过程中的指示应变关系曲线不重合的现象。

43.减小机械滞后的措施：采用高质量的应变计，固化完全，正式测量前预先加载，卸载3-5次。44.零点漂移产生的原因：应变计在受潮时使绝缘电阻逐渐降低产生漏电，应变计通过电流使自身温度逐渐升高以及热电势等。

45.疲劳寿命：粘贴在构件上的应变计在恒定幅度的交变应力作用下，连续工作直至疲劳损坏的循环次数。

46.对粘贴后的应变片的质量检查要求：粘贴方位正确；粘贴面内无气泡；应变计电阻值前后无明显变化；一般测量应变计引出线与构件之间的电阻应在100MΩ以上。47.电阻应变仪的种类：静态电阻应变仪，静动态电阻应变仪，（以测量静态应变为主，能兼做频率在200hz以下的单点动态应变测量）动态电阻应变仪（用于频率在10khz以下的动态应变）超动态电阻应变仪（主要用于爆炸，高速冲击等的瞬态应变测量）。

48.简述低碳钢拉伸试样断面收缩率的测定方法：断面收缩率

在标距段的两端及中间截面处沿两相互垂直方向测量直径各一次，并对每个截面求直径的算术平均值，取三个截面中平均直径的最小值，计算横截面面积..A1为横截面积，断后面积应取试样颈缩截面计算，测量时，将断后的面对接在一起，在颈缩最小处沿两互相垂直的方向测量直径各一次，取其平均值计算断后面积A1.49.简述使用液压式材料万能试验机时消除平台自重的方法：开启油泵电机，打开送油阀，使活塞上升一段距离（10-20mm）；调整平衡铊使摆杆处于铅垂；调整示力度盘指针对零。

50.简述测定金属材料断后伸长率的方法：断后伸长率

Lo为试样的原始标距，取试样的中部作为原始标距段，量出试样原始标距的长度Lo，L1为断后标距，测量方法，将断后的两段紧密的对接在一起，尽量保证两段轴线位于同一直线内，若断面形成缝隙，则此缝隙也应计入断后标距，测量时，若断面距最近的标距端点的距离大于Lo/3，则直接测量两标距端点间的距离作为断后标距L1，若断面距最近标距端点的距离小于或等于Lo/3，则采用移位法测量断后标距。（移位法P160）

51.简述静态电阻应变仪的使用方法：接通电源，预热15-30分钟；连接传感器及测量桥路；选择测力单位，调整测力仪初读数为零；调整应变仪的灵敏系数；调整应变仪各通道读数为零；加载测量各通道的应变；实验结束后，卸载，关闭电源，拆除各连接导线，将各仪器恢复原来状态。

52.简述应变测量中由环境变化引起的零点漂移的综合修正方法：在构件的测点附近，放置一个与构件材料相同但不承受力的物块，按照对测点同样的要求，在该物块上粘贴一枚应变计作为工作片，与该工作片对应的补偿片应和其他测点的补偿片完全相同，把上述应变片接在应变仪的一个通道上，调平；在记录各工作通道读数时，同时记录下这一通道的读数，该读数即由外界环境变化和应变计不稳定引起的零点漂移，将各通道读数减去零点漂移，即为修正后的各通道的读数应变。

53.常用应变计相关特点：铂钨合金：耐高温，Ks较高，与温度线性关系好，稳定，多用于高温测量。丝绕式：工艺简单，造价低廉，但横向效应大，可用于高温。短接式：横向效应较小，但疲劳寿命短，适用中温。箔式应变计：易于加工，横向效应小，附着性，散热性好，蠕变，机械滞后小，疲劳寿命长，可随意造型，用途广，但不耐高温。广泛应用于中温测量。

54.应变计布置：a单向应力状态点：沿力方向粘贴一枚应变计b二向应力状态点：主应力方向已知时沿主应力方向站贴直角应变花。主应力方向大略知道时粘贴45°应变花，主应力方向完全不知道时粘贴等角应变花。

55.减小湿度影响的措施：a选用胶基应变计b应变计粘贴后应充分干燥完全固化c采取有效的防潮措施。

56.减小温度影响的措施：a采用桥路补偿法b避免环境温度的剧烈变化特别是不均匀的变化c考虑测量导线的温度补偿d测点转换后应待工作片与补偿片温度一致是再测取读数。

57.液压摆锤式万能材料试验机操作规程;a测量试件直径，估计荷载，选度盘挂摆锤，置缓冲阀于相应位置b试样夹上夹头，启油泵，开送油阀，使活塞上升一段距离，调整平衡铊使摆杆处于铅垂，调整示力度盘指针对零，从动针和主动针重合c用工作台的升降电机调整实验空间，装夹试件d将从动针拨回靠拢主动针，若要绘图装上图纸和记录笔e缓慢打开送油阀给试样平稳加载，注意读数取有用的力值。f实验完毕，关送油阀，停油泵，破坏性实验，先取下试样，再开回油阀回油。非破坏性实验，先开回油阀卸载再取下试样，最后使试验机复原。

58.测量精度要求：消除摆锤以外其他构件重量；使摆锤处于铅垂位置；消除各零件间的摩擦。

59.万能材料试验机力值精度鉴定用具：允许误差为+-0.1%的专用重力砝码，允许误差为+-0.1%的测力杠杆，用相应精度的标准测力计。

60.力值的精确度检验步骤：将测力仪放在万能机上下压头之间并对中做几次预加载；对试验机和测力仪调零，平缓加载；校验示值相对误差和示值相对变动；校验示值进回程差。61.扭转试验机操作步骤：估计实验所需的最大扭矩，转动量程选择手轮，选择合适的度盘；根据试样的头部尺寸选择夹头和衬套的大小；选择相应速度档将调速电位器对零；放好记录笔和记录纸，选择速度，打开记录器开关；按需要按下加载方向按钮；实验结束，立即按下停止开关。

62.冲击试验机类型：冲击方式（落锤式，摆锤式，回转圆盘式）按试样变形形式分弯曲冲击试验机，拉力冲击试验机，扭转冲击试验机）

63.长导线对应变测量的影响：输出应变减小；平衡能力降低；温度补偿失效。

64.应变计粘贴程序：检查分选应变计；构件表面处理；粘贴和固化应变计；焊接引出线；应变计防护；粘贴质量检查。

第五篇：工程力学

飞行器及其动力装置、附件、仪表所用的各类材料，是航空航天工程技术发展的决定性因素之一。航空航天材料科学是材料科学中富有开拓性的一个分支。飞行器的设计不断地向材料科学提出新的课题，推动航空航天材料科学向前发展；各种新材料的出现也给飞行器的设计提供新的可能性，极大地促进了航空航天技术的发展。

航空航天材料的进展取决于下列3个因素:①材料科学理论的新发现：例如，铝合金的时效强化理论导致硬铝合金的发展；高分子材料刚性分子链的定向排列理论导致高强度、高模量芳纶有机纤维的发展。②材料加工工艺的进展：例如，古老的铸、锻技术已发展成为定向凝固技术、精密锻压技术，从而使高性能的叶片材料得到实际应用；复合材料增强纤维铺层设计和工艺技术的发展，使它在不同的受力方向上具有最优特性，从而使复合材料具有“可设计性”，并为它的应用开拓了广阔的前景；热等静压技术、超细粉末制造技术等新型工艺技术的成就创造出具有崭新性能的一代新型航空航天材料和制件，如热等静压的粉末冶金涡轮盘、高效能陶瓷制件等。③材料性能测试与无损检测技术的进步：现代电子光学仪器已经可以观察到材料的分子结构；材料机械性能的测试装置已经可以模拟飞行器的载荷谱，而且无损检测技术也有了飞速的进步。材料性能测试与无损检测技术正在提供越来越多的、更为精细的信息，为飞行器的设计提供更接近于实际使用条件的材料性能数据，为生产提供保证产品质量的检测手段。一种新型航空航天材料只有在这三个方面都已经发展到成熟阶段，才有可能应用于飞行器上。因此，世界各国都把航空航天材料放在优先发展的地位。中国在50年代就创建了北京航空材料研究所和北京航天材料工艺研究所，从事航空航天材料的应用研究。

简况 18世纪60年代发生的欧洲工业革命使纺织工业、冶金工业、机器制造工业得到很大的发展，从而结束了人类只能利用自然材料向天空挑战的时代。1903年美国莱特兄弟制造出第一架装有活塞式航空发动机的飞机,当时使用的材料有木材(占47％),钢（占35％）和布（占18％）,飞机的飞行速度只有16公里/时。1906年德国冶金学家发明了可以时效强化的硬铝，使制造全金属结构的飞机成为可能。40年代出现的全金属结构飞机的承载能力已大大增加，飞行速度超过了600公里/时。在合金强化理论的基础上发展起来的一系列高温合金使得喷气式发动机的性能得以不断提高。50年代钛合金的研制成功和应用对克服机翼蒙皮的“热障”问题起了重大作用，飞机的性能大幅度提高,最大飞行速度达到了3倍音速。40年代初期出现的德国 V-2火箭只使用了一般的航空材料。50年代以后，材料烧蚀防热理论的出现以及烧蚀材料的研制成功，解决了弹道导弹弹头的再入防热问题。60年代以来,航空航天材料性能的不断提高,一些飞行器部件使用了更先进的复合材料，如碳纤维或硼纤维增强的环氧树脂基复合材料、金属基复合材料等，以减轻结构重量。返回型航天器和航天飞机在再入大气层时会遇到比弹道导弹弹头再入时间长得多的空气动力加热过程，但加热速度较慢，热流较小。采用抗氧化性能更好的碳-碳复合材料陶瓷隔热瓦等特殊材料可以解决防热问题。

分类 飞行器发展到80年代已成为机械加电子的高度一体化的产品。它要求使用品种繁多的、具有先进性能的结构材料和具有电、光、热和磁等多种性能的功能材料。航空航天材料按材料的使用对象不同可分为飞机材料、航空发动机材料、火箭和导弹材料和航天器材料等；按材料的化学成分不同可分为金属与合金材料、有机非金属材料、无机非金属材料和复合材料。

材料应具备的条件 用航空航天材料制造的许多零件往往需要在超高温、超低温、高真空、高应力、强腐蚀等极端条件下工作，有的则受到重量和容纳空间的限制，需要以最小的体积和质量发挥在通常情况下等效的功能，有的需要在大气层中或外层空间长期运行，不可能停机检查或更换零件，因而要有极高的可靠性和质量保证。不同的工作环境要求航空航天材料具有不同的特性。

高的比强度和比刚度 对飞行器材料的基本要求是：材质轻、强度高、刚度好。减轻飞行器本身的结构重量就意味着增加运载能力，提高机动性能，加大飞行距离或射程，减少燃油或推进剂的消耗。比强度和比刚度是衡量航空航天材料力学性能优劣的重要参数：

比强度＝/

比刚度＝/式中[kg2][kg2]为材料的强度，为材料的弹性模量，为材料的比重。

飞行器除了受静载荷的作用外还要经受由于起飞和降落、发动机振动、转动件的高速旋转、机动飞行和突风等因素产生的交变载荷，因此材料的疲劳性能也受到人们极大的重视。

优良的耐高低温性能 飞行器所经受的高温环境是空气动力加热、发动机燃气以及太空中太阳的辐照造成的。航空器要长时间在空气中飞行，有的飞行速度高达3倍音速,所使用的高温材料要具有良好的高温持久强度、蠕变强度、热疲劳强度，在空气和腐蚀介质中要有高的抗氧化性能和抗热腐蚀性能，并应具有在高温下长期工作的组织结构稳定性。火箭发动机燃气温度可达3000[2oc]以上，喷射速度可达十余个马赫数，而且固体火箭燃气中还夹杂有固体粒子，弹道导弹头部在再入大气层时速度高达20个马赫数以上，温度高达上万摄氏度，有时还会受到粒子云的侵蚀，因此在航天技术领域中所涉及的高温环境往往同时包括高温高速气流和粒子的冲刷。在这种条件下需要利用材料所具有的熔解热、蒸发热、升华热、分解热、化合热以及高温粘性等物理性能来设计高温耐烧蚀材料和发冷却材料以满足高温环境的要求。太阳辐照会造成在外层空间运行的卫星和飞船表面温度的交变，一般采用温控涂层和隔热材料来解决。低温环境的形成来自大自然和低温推进剂。飞机在同温层以亚音速飞行时表面温度会降到-50[2oc]左右,极圈以内各地域的严冬会使机场环境温度下降到-40[2oc]以下。在这种环境下要求金属构件或橡胶轮胎不产生脆化现象。液体火箭使用液氧(沸点为-183[2oc])和液氢(沸点为-253[2oc])作推进剂，这为材料提出了更严峻的环境条件。部分金属材料和绝大多数高分子材料在这种条件下都会变脆。通过发展或选择合适的材料，如纯铝和铝合金、钛合金、低温钢、聚四氟乙烯、聚酰亚胺和全氟聚醚等，才能解决超低温下结构承受载荷的能力和密封等问题。

耐老化和耐腐蚀 各种介质和大气环境对材料的作用表现为腐蚀和老化。航空航天材料接触的介质是飞机用燃料(如汽油、煤油)、火箭用推进剂（如浓硝酸、四氧化二氮、肼类）和各种润滑剂、液压油等。其中多数对金属和非金属材料都有强烈的腐蚀作用或溶胀作用。在大气中受太阳的辐照、风雨的侵蚀、地下潮湿环境中长期贮存时产生的霉菌会加速高分子材料的老化过程。耐腐蚀性能、抗老化性能、抗霉菌性能是航空航天材料应该具备的良好特性。

适应空间环境 空间环境对材料的作用主要表现为高真空(1.33×10[55-1]帕)和宇宙射线辐照的影响。金属材料在高真空下互相接触时，由于表面被高真空环境所净化而加速了分子扩散过程，出现“冷焊”现象；非金属材料在高真空和宇宙射线辐照下会加速挥发和老化，有时这种现象会使光学镜头因挥发物沉积

而被污染，密封结构因老化而失效。航天材料一般是通过地面模拟试验来选择和发展的，以求适应于空间环境。

寿命和安全 为了减轻飞行器的结构重量，选取尽可能小的安全余量而达到绝对可靠的安全寿命，被认为是飞行器设计的奋斗目标。对于导弹或运载火箭等短时间一次使用的飞行器，人们力求把材料性能发挥到极限程度。为了充分利用材料强度并保证安全，对于金属材料已经使用“损伤容限设计原则”。这就要求材料不但具有高的比强度，而且还要有高的断裂韧性。在模拟使用的条件下测定出材料的裂纹起始寿命和裂纹的扩展速率等数据，并计算出允许的裂纹长度和相应的寿命，以此作为设计、生产和使用的重要依据。对于有机非金属材料则要求进行自然老化和人工加速老化试验，确定其寿命的保险期。复合材料的破损模式、寿命和安全也是一项重要的研究课题。