本书的主要内容分为实验前的预备知识、材料力学基本实验、材料力学扩展实验、材料力学趣味实验及材料力学实验常用设备与仪器等章节,其中基本实验、扩展实验及趣味实验构成了本书的主要部分。基本实验包括应变片粘贴、材料的拉伸及压缩性能、弹性常数的测定、材料的扭转性能、直梁弯曲、梁变形、弯扭组合和偏心拉伸8个实验内容;扩展实验包括光弹性、声发射、声弹性、压杆稳定、薄壁梁、复合材料力学性能测试和金属材料疲劳7个实验内容;趣味实验包括3根火柴吊水和纸质桌腿承力2个实验内容。

本书与《材料力学》教材配套使用,主要面向工科院校、航空、机械、建筑、交通等专业的学生,也可供教材力学性能测试的工程师参考。

“材料力学”是一门建立在实验基础之上的归纳性力学课程，实验是课程教学的一个重要组成部分。材料力学实验不但可使学生通过真实的实验现象来理解相关理论知识的来源和内涵,而且还可通过设备与仪器的操作培养学生的动手能力、训练学生掌握基本的实验技能,以及了解相关的国家实验标准，为以后从事科研工作和工程实践奠定良好的基础。

建校之初，北京航空航天大学就汇聚了一批具有国际视野的航空专家和力学家，成立了实力雄厚的材料力学教研室(包括实验室)。课程既吸收了苏联严谨的材料力学课程体系，也汲取了西方教育的成功经验，形成了重视培养理论分析、计算能力和实验动手能力的教学特色，在我校历史上有很好的口碑与影响。课程先后获评校优质课和精品课、北京市精品课、国家级精品课和国家级精品资源共享课立项,是国家工科基础课程(力学)教学基地的重要组成部分，曾获国家优秀教学成果优秀奖、二等奖和北京市一等奖。

目前,在北京航空航天大学的“材料力学”课程教学设置中，材料力学实验并没有独立设课，而是作为整个课程的一部分教学内容而存在。由于课时所限，在实验内容设置上也仅仅围绕“材料力学”本身的一些基础理论，而将许多具有航空航天特色的实验只能作为选修内容提供给那些学有余力的学生。为了进一步强化材料力学实验在课程教学和学生培养体系中的地位，材料力学实验独立设课在我校成为一种趋势。在这种情况下,编写一套既体系完整、内容充实，又能突出航空航天特色的教材就成为迫在眉睫的任务。为此，材料力学教研室对实验教材的内容重新进行了规划，决定整合现有必修和选修的实验内容，同时参考相关教师在航空航天领域的科研成果，并对其加以提炼和简化,使之更加贴合材料力学课程内容而纳入到实验体系中来。

本教材中的传统材料力学实验部分来源于本校自编的实验讲义，它是我校材料力学教研室，特别是实验室几代教师多年工作经验的积累和总结。在新教材的编写过程中，材料力学教研室的同事们群策群力，特别是具有多年教学经验的老教师们给予了很好的建议，作者在此一并表示谢意。同时我们也参考了二十多所兄弟院校编写的同类教材，吸取它们的优点，力争写出一本具有特色的实验教材。

本教材除了含有传统的材料力学实验外，还尝试把一些最新的实验技术吸收进来，例如:利用声发射技术测试屈服应力、声弹性技术测试螺栓预紧力等，以使学生能够尽早地接触和掌握这些新的实验技术。为了便于学生学习，本教材还将完整的实验步骤和数据处理方法较详细地呈现出来，学生只要根据实验步骤测出数据，并进行误差分析即可。同时，我们增加了一些与材料力学内容相关的趣味力学实验，以激发学生的学习兴趣，培养学生观察、思考和探究的科学精神。总之,这是北京航空航天大学材料力学实验教学的第一本正式出版教材，尽管作者努力想把它写好，但不足和错误仍不可避免，望广大教师和专家们批评指正。

作 者

2019年12月

第1章 绪 论 1

1.1 材料力学实验的性质和任务 1

1.2 材料力学实验的特点和方法 1

第2章 实验前的预备知识 3

2.1 电测法基础 3

2.1.1 电测法的基本概念及原理简介 3

2.1.2 应变片及其种类 3

2.1.3 箔式电阻应变片及其构造 3

2.1.4 应变片的主要技术参数 5

2.1.5 静态应变仪的工作原理及接入方法 8

2.1.6 应变测试误差的影响因素 11

2.2 常见的实验数据处理方法 12

2.2.1 误差的概念、类型及精度概念 12

2.2.2 有效数字及其运算规则 15

2.2.3 实验数值修约规则 16

2.2.4 数据统计概念及方法 17

第3章 材料力学基本实验 21

3.1 应变片粘贴实验 21

3.1.1 实验目的 21

3.1.2 实验原理 21

3.1.3 实验件、实验耗材及实验工具 22

3.1.4 实验步骤 23

3.1.5 思考题 25

3.2 金属材料的轴向拉伸、压缩力学性能 26

3.2.1 实验目的 26

3.2.2 实验原理 26

3.2.3 试验设备和试件 29

3.2.4 实验步骤 30

3.2.5 实验结果处理 31

3.2.6 思考题 33

3.3 材料弹性模量和泊松比测定实验 33

3.3.1 实验目的 33

3.3.2 实验原理 33

3.3.3 实验仪器和试件 35

3.3.4 实验步骤 36

3.3.5 实验结果处理 36

3.3.6 思考题 37

3.4 金属材料扭转时的力学性能 37

3.4.1 实验目的 37

3.4.2 实验原理 37

3.4.3 实验设备和装置 41

3.4.4 实验步骤 42

3.4.5 实验结果处理 43

3.4.6 思考题 43

3.5 直梁弯曲实验 43

3.5.1 实验目的 44

3.5.2 实验原理 44

3.5.3 实验设备和装置 46

3.5.4 实验步骤 48

3.5.5 实验结果处理 48

3.5.6 思考题 48

3.6 梁变形实验 48

3.6.1 简支梁实验 49

3.6.2 悬臂梁实验 52

3.7 弯扭组合实验 54

3.7.1 实验目的 54

3.7.2 实验原理 54

3.7.3 实验设备和装置 57

3.7.4 实验步骤 58

3.7.5 实验结果处理 59

3.7.6 思考题 59

3.8 偏心拉伸实验 59

3.8.1 实验目的 59

3.8.2 实验原理 60

2 材料力学实验

3.8.3 实验设备和试件 61

3.8.4 实验步骤 62

3.8.5 实验结果处理 62

3.8.6 思考题 63

第4章 材料力学扩展实验 64

4.1 光弹性实验 64

4.1.1 实验目的 64

4.1.2 实验原理 64

4.1.3 实验设备和试件 67

4.1.4 实验步骤 68

4.1.5 实验结果 68

4.2 采用声发射技术测试材料的屈服应力 69

4.2.1 实验目的 69

4.2.2 实验原理 70

4.2.3 实验设备和试件 71

4.2.4 实验步骤 71

4.2.5 参考结果 72

4.3 声弹性法测量螺栓的预紧力 73

4.3.1 实验目的 73

4.3.2 实验原理 74

4.3.3 实验设备 77

4.3.4 实验步骤 78

4.3.5 实验数据处理与参考结果 79

4.4 压杆临界载荷测定实验 82

4.4.1 实验目的 82

4.4.2 实验原理 82

4.4.3 实验设备和试件 83

4.4.4 实验步骤 84

4.4.5 实验数据处理与参考结果 84

4.5 薄壁复合梁实验 85

4.5.1 实验目的 85

4.5.2 实验原理 86

4.5.3 实验设备和试件 87

4.5.4 实验步骤 88

4.5.5 实验数据处理与参考结果 89

目 录 3

4.6 复合材料单层板拉伸力学性能实验 89

4.6.1 实验目的 89

4.6.2 实验原理 90

4.6.3 实验设备和试件 92

4.6.4 实验步骤 93

4.6.5 实验数据处理与参考结果 94

4.7 金属材料疲劳实验 96

4.7.1 实验目的 96

4.7.2 实验原理 96

4.7.3 试验设备和试件 98

4.7.4 实验步骤 99

4.7.5 实验数据处理与参考结果 100

第5章 材料力学趣味实验 102

5.1 3根火柴吊起8瓶水的力学奥秘 102

5.1.1 实验内容 102

5.1.2 结构的工作原理 103

5.1.3 关于结构承重能力的探讨 103

5.1.4 参考实验 105

5.1.5 结论与建议 106

5.2 纸质桌腿的最大承载能力 106

5.2.1 实验内容与要求 106

5.2.2 实验原理 107

5.2.3 实验器材 107

5.2.4 实验方案 107

第6章 材料力学实验常用设备与仪器 109

6.1 微机控制电子式万能试验机 109

6.1.1 试验机的构成 109

6.1.2 试验机的重要技术参数 111

6.1.3 试验机的操作和工作模式设置 111

6.2 扭转试验机 113

6.2.1 试验机的构成 113

6.2.2 试验机的重要技术参数 114

6.2.3 试验机的操作和工作模式设置 114

6.3 静态电阻应变仪 115

4 材料力学实验

6.3.1 概 述 115

6.3.2 应变仪的电路组成 116

6.3.3 应变仪的操作 117

6.4 位移传感器 121

6.4.1 机械式及电子式位移计(百分表/千分表) 121

6.4.2 差动式位移传感器 122

6.4.3 电子引伸计 123

参考文献 126