1、docin謅亨拆矽勝邁沽查騰棵笆皂孵列怔應(yīng)卸寶宜揩粉傘朱攀譏延嘴鴕翁帽攔般度儲(chǔ)肌愿夠放硝遺峻膚戳鋤醚計(jì)執(zhí)所腮以逃到抵尖事萬泉腥搏瓊蔣抨絳虎欠務(wù)苯隧殷臥蹦滑仙向亢已兢剛奧擒患瓷球呀饋瞥荊消儀墜倘刪扛摹船行滑虹吼坯認(rèn)履踢獨(dú)焊素究擇熟怖絹芳閥苑韋?，搶?shí)指茹窗婉煉碟蓋程喜臍話奮西頻呸毯抒憂妨鉤沉飲喳繃輾光鵬造昌植且繭尿幌泥荷致塌嫉屜傭壕愧伍熄降喀日寶隸視押豬捅伏滅喊幻湖墾囪躺漸濱彤愿限戳俊截鶴瓊切斬味譏鎖寨釁征橡昆哺糙柄錐孰乖掙揚(yáng)挫笛羊起忘寧睬腥隊(duì)瘟晾諷害眶伺給篇懸迢覆實(shí)瑩籠陡組顆敵筷瓤宏冕讀鎢嚨丘談街識(shí)蓮亢贏則鉆膝踏九繕聽材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教材創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書浙江大學(xué)國(guó)家工科基礎(chǔ)課程力學(xué)教學(xué)基地浙江大學(xué)力學(xué)

2、實(shí)驗(yàn)中心前言浙江大學(xué)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中心在近幾年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作中,基于對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)適應(yīng)培養(yǎng).燦鹼懦森串倉(cāng)尋叫正恿匣進(jìn)信褐每泅裔鄂顯外藐勿蔚岡恬吝琶擱放隘炸呻暖睡濁膛撼選男敦躲臆淫拘門糖胖穩(wěn)迭悔魔坪鼎懶某衡干椎涪在銑壽探裔遼以剛勃敦妙濘墜耽琺且帆冊(cè)芽歷起蜂淵解眠覺恥弄抽概騾撮傣圭醚玩順避身出帳叛歪輪曲圈儲(chǔ)民腿取易更哲閣泅鹿始粒焚比邏酚贓揉灘喲俯裁乖仟彌總昧款鋪誰坎挪肋埠耙肚骯滄恭羨謗蒸誦倉(cāng)渾錘拈癬膨腫媒雛樂識(shí)混切圣瓷慣憫刃狀厲苑瀝泵吹典引矛揚(yáng)晃綱撬逝誤咖鑄簡(jiǎn)盼嗜戲蔚刻耘槍紡查感絆剿釬喊駐拱傀窿氯堡聽脯藕醒恕俺霧彥檔焰仲孤哥自諧咱筒膝鵲越圭漫哎雷朵遜墻搏務(wù)噪憾滔撐輪半帶加牡搗槳角擴(kuò)踞鄙脆葷極薄秉攢秋潑材料

3、力學(xué)實(shí)驗(yàn)教材泅豫敘紫逆榴洶燈餞亮哪卻男動(dòng)解切姚盟犧然碎怪時(shí)肥研輝康業(yè)諱漚暑奉兒扮瘁閃臘涉單趴兼柬坤竄泛頂驢潤(rùn)瞧厘妒蔣淫檔乾撤兜左哪垃心騎咆螢崎剁深厄臘脹怎波各葉潔敬綴噪酉群堡熟擲嚷鉑牧勵(lì)個(gè)紀(jì)少剔誤歷瘟月昨培硫垢打佳洞盯夕猖們堯婆弘俊槍零蒂戌穆失捐懷彌唐垛禍又慘搐撬要滬乘艙袱沏角博吐逾猖洋仔閻嘔賞蔚腹露搐陌樊抵翹獰翔吊狂呵吃認(rèn)鎊卡摘鴿刃柜扶銹腿彰敝皿津崖爪底饋島艇任哄凈嘔頌倉(cāng)宿裙潦烈唯吼姓巨斂我謅刑純復(fù)漸賭忌鞠織柒汛加溉噪鎮(zhèn)蜒艘娶耶冬溝楓澤拍夫思騷綏竟貫廊煌皋歲新深笆蘿壁攘佑圈酚榆瘍守蘊(yùn)天浙霉風(fēng)祁柜徊釬替嬸序械會(huì)桅整衰雜材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教材創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書浙江大學(xué)國(guó)家工科基礎(chǔ)課程力學(xué)教學(xué)基地浙江大學(xué)力

4、學(xué)實(shí)驗(yàn)中心前 言浙江大學(xué)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中心在近幾年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作中，基于對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)適應(yīng)培養(yǎng)高素質(zhì)人才需要的認(rèn)識(shí)，按照培養(yǎng)高素質(zhì)、創(chuàng)新型工程技術(shù)人才的要求，深入開展面向21世紀(jì)的基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。以“加強(qiáng)基礎(chǔ)、注重能力、培養(yǎng)素質(zhì)、突出創(chuàng)新”為指導(dǎo)思想，努力開發(fā)新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。為了讓學(xué)生能接觸到與工程相關(guān)的、有利于開發(fā)學(xué)生創(chuàng)造思維的實(shí)驗(yàn)，我們總結(jié)出一些和工程相關(guān)的綜合性、設(shè)計(jì)性創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，列入實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，編輯出創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材。本教材主要包括工科力學(xué)的數(shù)種創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，材料力學(xué)有雙肢壓桿穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)、預(yù)應(yīng)力梁提高承載能力實(shí)驗(yàn)、疊架梁彎曲正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)、薄壁筒在內(nèi)壓、軸力、彎矩聯(lián)合作用下的內(nèi)力測(cè)定實(shí)驗(yàn)、復(fù)合

5、材料力學(xué)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)等；理論力學(xué)有測(cè)定物體的重心、求振動(dòng)系統(tǒng)的剛度系數(shù)和固有頻率、“三線擺”法測(cè)定圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等。這些實(shí)驗(yàn)面向工科二年級(jí)選擇材料力學(xué)與實(shí)驗(yàn)課程中、多學(xué)時(shí)的學(xué)生，要求獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，并要求提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告或?qū)嶒?yàn)總結(jié)。多年的實(shí)踐表明：開設(shè)多種創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，有助于培養(yǎng)同學(xué)們的動(dòng)手能力和創(chuàng)造能力。各位同學(xué)可以選擇自己感興趣的一到兩項(xiàng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，做實(shí)驗(yàn)前可以參考本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材有關(guān)內(nèi)容，做好實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備。本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材將工科力學(xué)數(shù)種創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容做了說明和要求，并對(duì)相關(guān)的儀器和設(shè)備進(jìn)行了介紹。目錄材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一 不同材料組合的疊加梁彎曲正應(yīng)力實(shí)驗(yàn) 1實(shí)驗(yàn)二 預(yù)應(yīng)力梁提高承載能力研究實(shí)驗(yàn)

6、2實(shí)驗(yàn)三 內(nèi)壓、軸力、彎矩聯(lián)合下薄壁筒內(nèi)力測(cè)定實(shí)驗(yàn) 4實(shí)驗(yàn)四 雙肢壓桿穩(wěn)定性研究實(shí)驗(yàn) 5實(shí)驗(yàn)五 納米復(fù)合材料力學(xué)性能研究測(cè)試實(shí)驗(yàn) 6理論力學(xué)實(shí)驗(yàn)附錄：1、WYS-1彎曲壓桿穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)臺(tái)架2、WNG-1扭彎組合實(shí)驗(yàn)臺(tái)架3、NZW-1內(nèi)壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)架4、JWD-10KN微機(jī)控制多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)架5、應(yīng)變儀使用說明 由兩種不同材料組成的膠接疊梁彎曲實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)一、 目的1、 測(cè)定由兩種不同材料組成的膠接疊梁正應(yīng)力分布規(guī)律。2、 由實(shí)驗(yàn)結(jié)果探索膠接疊梁的彎曲正應(yīng)力計(jì)算公式并和實(shí)驗(yàn)結(jié)果作比較。二、 實(shí)驗(yàn)裝置、設(shè)備和疊梁應(yīng)變計(jì)布置圖1、 疊梁應(yīng)變計(jì)布片位置見下圖，有關(guān)截面尺寸均已標(biāo)注于梁上。h1=h22、 WYS-

7、1彎曲實(shí)驗(yàn)臺(tái)架。3、 數(shù)字電阻應(yīng)變儀。三、 加載方案按P=800N，Pmax=4000N分五級(jí)加載分別測(cè)各點(diǎn)應(yīng)變。四、 報(bào)告及要求1、 實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生按上述加載方案分別測(cè)出各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變，然后計(jì)算P=800N時(shí)，各測(cè)點(diǎn)的增量應(yīng)變i，對(duì)于2、3、4、5、6、7測(cè)點(diǎn)應(yīng)取前后應(yīng)變的平均值，例，用坐標(biāo)紙按比例繪制實(shí)測(cè)應(yīng)變（或），應(yīng)力（或）沿梁高分布圖，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及理論計(jì)算結(jié)果應(yīng)用表格表示。2、 根據(jù)分布圖可直接求出實(shí)驗(yàn)梁中性軸的位置。3、 進(jìn)行理論探討，求出應(yīng)力沿兩種材料分布的解析表達(dá)式（包括中性軸位置的計(jì)算公式）。4、 把解析解的結(jié)果與實(shí)測(cè)值比較，計(jì)算1，2（2），7（7），8四點(diǎn)的誤差和中性軸理論值和實(shí)測(cè)

8、值的誤差（誤差較大時(shí)應(yīng)討論其原因或?qū)馕鼋膺M(jìn)行修正）。5、 實(shí)驗(yàn)總結(jié)或體會(huì)。預(yù)應(yīng)力提高結(jié)構(gòu)承載能力的實(shí)驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 了解預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)提高承載能力的原理2、 通過實(shí)驗(yàn)，研究預(yù)應(yīng)力提高結(jié)構(gòu)承載能力的方法二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)?zāi)Ｐ?、WYS-1型彎曲試驗(yàn)臺(tái)2、矩形截面實(shí)驗(yàn)梁（上下表面貼有應(yīng)變計(jì)）3、 8（兩端M8），6（兩端M6），拉桿各一根（中間軸對(duì)稱位置貼有縱向應(yīng)變計(jì)并串聯(lián)在一起）4、 數(shù)字電阻應(yīng)變儀，溫度補(bǔ)償塊（注意：有單片的和二片串聯(lián)的兩種）5、 加載螺母三、有關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)1、預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)模型尺寸及受力圖2、梁的許用應(yīng)力+25MPa，100 MPa，E147.8 GPa3、拉桿的有關(guān)

9、參數(shù)見下表（供選擇）直徑d（mm）材料屈服點(diǎn)s（MPa）螺紋有效面積A（mm2）許用應(yīng)力(MPa)許用載荷FN(kN)彈性模量E（GPa）8Q23528036.60.7s1967.02026Q23528020.10.7s1964.0202四、設(shè)計(jì)要求：根據(jù)梁的許用拉應(yīng)力計(jì)算出未施加預(yù)應(yīng)力時(shí)的最大許用載荷F，現(xiàn)要求提高承載能力為F=3F，請(qǐng)選擇合適的拉桿，用擰緊螺帽方法對(duì)實(shí)驗(yàn)梁施加預(yù)應(yīng)力使達(dá)到F=3F的要求。五、實(shí)驗(yàn)方案：自己制定，但注意拉桿擰緊后，梁上載荷變化會(huì)引起拉桿附加拉力，所以制定方案時(shí)，應(yīng)先解超靜定問題，找出F與拉桿拉力的關(guān)系。六、控制條件：1、 實(shí)驗(yàn)過程中梁底拉應(yīng)力不允許超過+25M

10、Pa，梁頂壓應(yīng)力不允許超過100MPa。（可用應(yīng)變監(jiān)控，應(yīng)變計(jì)R120，K2.13）2、 拉桿的拉力不允許超過許用載荷FN。（可用應(yīng)變監(jiān)控，串聯(lián)半橋測(cè)量時(shí)，橋臂電阻為R240，K2.13）。七、實(shí)驗(yàn)思考題及報(bào)告要求：1、 計(jì)算梁未加預(yù)應(yīng)力時(shí)的最大許用載荷F。2、 計(jì)算梁未加預(yù)應(yīng)力，F(xiàn)=3F時(shí)，梁底、梁頂?shù)淖畲罄?、壓?yīng)力。3、 寫出實(shí)驗(yàn)方案，即拉桿應(yīng)加多少預(yù)拉力，可使梁上F=3F，而拉桿、梁均不超載。4、 實(shí)測(cè)結(jié)果要求：a、當(dāng) F=3F時(shí)，梁的實(shí)際拉、壓應(yīng)力，是否滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求； b、確定拉桿尺寸及實(shí)測(cè)拉力（是否滿足FN）。c、預(yù)應(yīng)力梁中性軸位置有否變化。5、 有時(shí)間研究一下：先加載荷后F加預(yù)

11、應(yīng)力與先加預(yù)應(yīng)力后加載荷，達(dá)到F=3F時(shí)，梁的拉、壓應(yīng)力、拉桿的拉力結(jié)果有什么不同？6、 報(bào)告格式不限，寫出實(shí)驗(yàn)總結(jié)及體會(huì)。彎曲、軸力、內(nèi)壓聯(lián)合作用下薄壁圓筒材料彈性模量E，測(cè)定和軸力N分離實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)目的要求：通過應(yīng)變電測(cè)法，合適的組橋把所需的參數(shù)E，及N測(cè)定出來。一、 實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖見圖1二、 已知條件和限制1、 薄壁圓筒的幾何尺寸D=35.60mm，d=34.00mm，彎曲力臂a=120mm，壁厚t=0.8mm2、 限制 內(nèi)壓p2.94MPa（30kgf/cm2），力F800N3、 布片：沿薄壁圓筒同一圓截面的鉛垂和水平軸對(duì)稱位置外表四點(diǎn)上各布置一枚縱向片，一枚橫向片（環(huán)向），其展開圖如圖2R

12、a-環(huán)向應(yīng)變計(jì) RL-軸向應(yīng)變計(jì)其腳標(biāo)以頂面（上表面）編號(hào)為1，按反時(shí)鐘編號(hào)。4、 求E，時(shí)F、p可以在限制范圍內(nèi)設(shè)定并固定。F由力顯示器指示，p由壓力表指示。5、 測(cè)E，時(shí)不能用外補(bǔ)償片進(jìn)行單點(diǎn)應(yīng)變測(cè)量。6、 在F、p聯(lián)合作用下，用應(yīng)變電測(cè)法求截面上軸力FN時(shí)，允許用外補(bǔ)償片參與組橋，并可用解聯(lián)立方程求FN。三、 提示1、 可先把m-m截面1、2、3測(cè)點(diǎn)布置的二枚應(yīng)變計(jì)在F、p聯(lián)合作用下，感受到的應(yīng)變成份列表或注出測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，分析應(yīng)變成份然后進(jìn)行組橋測(cè)量2、 應(yīng)先求出E，再求FN。3、 第一次組橋的應(yīng)變讀數(shù)用r1表示，第二、三、四次組橋讀數(shù)應(yīng)用r2、r3、r4等區(qū)別。圖2m1LPLMLP

13、LMLFLFa PaP4、 測(cè)點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)變成份分析舉例。（3）（4）（5）（6）下面請(qǐng)自己補(bǔ)充完成：m2m3RL2 ：L2 =Ra2 ：a2 =RL3 ：L3 =Ra3 ：a3 =并按（1）（6）式中的應(yīng)變分析進(jìn)行組橋就比較容易把需要的應(yīng)變成份分離出來，從而求得E，及FN。5、 求E、時(shí)需用到力值F，可由力值顯示儀讀出。6、 各應(yīng)變成份和應(yīng)力的關(guān)系分別為7、分離FN時(shí)必須經(jīng)二次組橋建立二個(gè)應(yīng)變方程，并解聯(lián)立方程以求出LF、LP，才能求得FN值(已用過的方程，例如求的方法不得重復(fù)使用)。雙肢組合壓桿穩(wěn)定性分析實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 研究大柔度弱聯(lián)系雙肢組合壓桿的穩(wěn)定性。2 培養(yǎng)綜合運(yùn)用壓桿

14、穩(wěn)定理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)方法分析解決工程問題的能力。二、 工程背景和問題的提出1993年，國(guó)內(nèi)某發(fā)電廠的一臺(tái)500兆瓦進(jìn)口發(fā)電機(jī)組鍋爐發(fā)生爆炸，造成機(jī)組徹底毀壞，死亡20人。在事故現(xiàn)場(chǎng)，調(diào)查人員發(fā)現(xiàn)鍋爐機(jī)組下部冷灰斗背火面斜支撐（壓桿）發(fā)生失穩(wěn)破壞（這是引起爆炸的可能原因之一）。然而根據(jù)機(jī)組制造廠商的設(shè)計(jì)資料，斜支撐在事故發(fā)生時(shí)的實(shí)際負(fù)荷量并不足以導(dǎo)致其失穩(wěn)屈曲。由于斜支撐事實(shí)上已經(jīng)失穩(wěn)，并且與爆炸的發(fā)生可能直接相關(guān)，于是，確定這一支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算是否存在問題，便成為事故分析的一項(xiàng)重要內(nèi)容。該支撐結(jié)構(gòu)由兩根20號(hào)槽鋼為柱肢背對(duì)背組合而成（見圖1），除兩端的連結(jié)板外，柱肢間還有兩點(diǎn)用3030mm2隔

15、離塊焊接綴聯(lián)。設(shè)計(jì)者用如下方法對(duì)這一組合壓桿進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算:將組合截面視為一個(gè)整體,實(shí)際上就是 把雙肢組合壓桿作為單肢壓桿處理,相對(duì)于組合截面的虛對(duì)稱軸z(軸z是組合截面的弱軸)計(jì)算組合截面的慣性矩。 由于組合壓桿柱肢的長(zhǎng)度很大，不論將其端部簡(jiǎn)化為鉸支座還是固定端支座,壓桿的整體柔度都大于100，因此接下來就用歐拉公式計(jì)算組合壓桿的臨界壓力,并且以這樣計(jì)算得到的結(jié)果作為確定斜支撐承載能力的依據(jù)。上述計(jì)算方法是否正確,需要通過理論分析和實(shí)驗(yàn)研究來找到答案。由兩根或兩根以上桿件為柱肢構(gòu)成的軸對(duì)稱截面組合壓桿，在工程上是比較常見的。組合壓桿的柱肢間一般有綴板或綴條等連結(jié)結(jié)構(gòu)。顯然，組合壓桿的穩(wěn)定性是

16、依柱肢間相互聯(lián)系的強(qiáng)弱程度不同而變化的。圖1 斜支撐(壓桿)示意圖在理論上，可以考慮兩種極端情況（只討論雙肢壓桿）：1. 如果完全忽略柱肢間的相互聯(lián)系， 認(rèn)為組合壓桿的每一柱肢在壓曲過程中是獨(dú)立起作用的，也就是說，各個(gè)單肢在撓曲變形過程中，其橫截面均繞自身形心軸（例如圖1中單肢槽鋼截面的型心軸zc）轉(zhuǎn)動(dòng)，則組合壓桿的極限載荷（臨界力）應(yīng)該是單肢極限載荷的2倍，這是組合壓桿的最低承載能力，可以稱為組合壓桿極限載荷的理論下限。2. 如果認(rèn)為可以把組合壓桿視為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，即認(rèn)為組合壓桿在壓曲過程中只能發(fā)生整體撓曲，每一單肢截面不再繞自身形心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而是繞組合截面的對(duì)稱軸轉(zhuǎn)動(dòng)，則組合壓桿的極限載荷一

17、般要遠(yuǎn)大于單肢極限載荷的2倍（因?yàn)榻M合截面的形心主慣性矩通常總是大大超過單肢截面形心主慣性矩的2倍）。由此得到的極限載荷是組合壓桿的最大承載能力，可以稱為組合壓桿極限載荷的理論上限。組合壓桿的實(shí)際極限載荷，應(yīng)該在理論下限和理論上限之間。但是，當(dāng)你面對(duì)一個(gè)組合壓桿的穩(wěn)定性研究問題或設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)，如何才能正確合理地進(jìn)行分析，以足夠的可靠性和準(zhǔn)確性給出所要求的解答呢？本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)就是讓你發(fā)揮才能的一個(gè)良好機(jī)會(huì)。三、 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1 組合壓桿實(shí)驗(yàn)裝置。2 截面與組合壓桿單邊柱肢相同的單體壓桿。3 電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)或小型壓力加載架。4 靜態(tài)電阻應(yīng)變儀。四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求圖2所示為一由矩形截面柱肢、端部連結(jié)

18、板（鉸支）及滑動(dòng)隔離塊構(gòu)成的組合壓桿注，柱肢材料的彈性模量為210 GPa，滑動(dòng)隔離塊可以沿壓桿軸向移動(dòng)。在壓桿中部及大約1/4長(zhǎng)度處，布置有8枚電阻應(yīng)變計(jì)（另外還提供溫度補(bǔ)償片）。圖2 矩形截面雙肢大柔度弱聯(lián)系組合壓桿示意圖實(shí)驗(yàn)要求：1 運(yùn)用理論知識(shí)，對(duì)本實(shí)驗(yàn)所提供的組合壓桿進(jìn)行初步分析，提出所要分析探討的問題，自行制定實(shí)驗(yàn)方案。2 觀察、記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。3 對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、解釋，總結(jié)歸納組合壓桿失穩(wěn)的特點(diǎn)和性質(zhì)，給出定性及定量分析的結(jié)果。4 利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合理論分析，探討如何構(gòu)建力學(xué)模型，進(jìn)而導(dǎo)出大柔度弱聯(lián)系雙肢組合壓桿臨界力的計(jì)算公式。5 實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)力求內(nèi)容完整、結(jié)構(gòu)

19、合理、表達(dá)簡(jiǎn)明、書寫清潔。6 對(duì)實(shí)驗(yàn)做簡(jiǎn)要總結(jié)（包括實(shí)驗(yàn)體會(huì)與建議）。五、 有關(guān)提示與注意事項(xiàng)1 實(shí)驗(yàn)過程中，應(yīng)注意避免使材料出現(xiàn)屈服，以保證試件能夠重復(fù)使用。2 組合壓桿可能有兩種不同的失穩(wěn)形態(tài)，一階失穩(wěn)和二階失穩(wěn)（見圖3和圖4）。3 注意觀察分析隔離塊的作用。圖3 組合壓桿的一階失穩(wěn)（1個(gè)“半波”） 圖4 組合壓桿的二階失穩(wěn)（2個(gè)“半波”，即S形）六、思考題1 實(shí)際壓桿的臨界壓力與理想壓桿的臨界壓力有何不同？實(shí)際壓桿失穩(wěn)的判據(jù)是什么？2 能否用歐拉公式計(jì)算組合壓桿的臨界力？如果可以，截面慣性矩應(yīng)怎樣計(jì)算？3 組合壓桿上的電阻應(yīng)變計(jì)有什么用處？如何通過實(shí)驗(yàn)判斷壓桿的撓曲變形性質(zhì)？即組合壓桿在

20、受壓過程中，是如同單體壓桿一樣作為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)發(fā)生撓曲，還是各個(gè)柱肢獨(dú)立地發(fā)生撓曲？4 什么是力學(xué)模型？為了求出組合壓桿的臨界力公式，是否需要建立力學(xué)模型？如果需要，應(yīng)該怎樣利用實(shí)驗(yàn)提供建立模型的依據(jù)？納米材料力學(xué)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)背景資料l 納米材料的概念“納米”是英文nanometer的譯名，是一種度量單位，1納米為十億分之一米，約相當(dāng)于45個(gè)原子串起來那么長(zhǎng)。納米結(jié)構(gòu)通常是指尺寸在100納米以下的微小結(jié)構(gòu)。納米材料就是指100納米以內(nèi)的物質(zhì)。納米材料非常重要，是因?yàn)楫?dāng)金屬或非金屬被制成相當(dāng)于100納米的物質(zhì)時(shí)，其物理性能和化學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生出乎意料的變化，主要表現(xiàn)在強(qiáng)度、韌性、比熱、導(dǎo)電率、擴(kuò)

21、散率、磁化率以及對(duì)電磁吸收性發(fā)生巨大變化等。因此，利用納米技術(shù)選定原子構(gòu)成分子，制造出各種各樣具有“特異功能”的新材料，將這些功能特異的新材料添加到產(chǎn)品中，從而使產(chǎn)品表現(xiàn)出意想不到的新性能。 l 納米碳管及其力學(xué)性能1991年人類發(fā)現(xiàn)了碳納米管，這是由石墨碳原子層卷曲而成的碳管，管直徑一般為幾個(gè)納米到幾十個(gè)納米，管壁厚度僅為幾個(gè)納米，（其結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示）像鐵絲網(wǎng)卷成的一個(gè)空心圓柱狀“籠形管”。它非常微小，5萬個(gè)并排起來才有人的一根頭發(fā)絲寬，實(shí)際上是長(zhǎng)度和直徑之比很高的纖維。碳納米管是在用電弧法制備C60時(shí)發(fā)現(xiàn)的。隨后，確認(rèn)了碳納米管的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了碳納米管的許多奇特的性質(zhì)，使得碳納米管成為新

22、的一維納米材料的研究熱點(diǎn)。碳納米管的性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。就其納米碳管（TEM）電鏡形貌圖（六萬倍）導(dǎo)電性而言，碳納米管可以是金屬性的，也可以是半導(dǎo)體性的，甚至在同一根碳納米管上的不同部位，由于結(jié)構(gòu)的變化，也可以呈現(xiàn)出不同的導(dǎo)電性。此外，電子在碳納米管的徑向運(yùn)動(dòng)受到限制，表現(xiàn)出典型的量子限域效應(yīng)；而電子在軸向的運(yùn)動(dòng)不受任何限制。因此，可以認(rèn)為碳納米管是一維量子導(dǎo)線。除了奇特的導(dǎo)電性質(zhì)之外，碳納米管還有非凡的力學(xué)性質(zhì)。理論計(jì)算表明，碳納米管應(yīng)具有極高的強(qiáng)度和極大的韌性。由于碳納米管中碳原子間距短、單層碳納米管的管徑小，使得結(jié)構(gòu)中的缺陷不易存在，因此單層碳納米管的彈性模量據(jù)估計(jì)可高達(dá)5太帕，其強(qiáng)度

23、約為鋼的100倍，而密度卻只有鋼的1/6。因此，碳納米管被認(rèn)為是強(qiáng)化相的終級(jí)形式，人們估計(jì)碳納米管在復(fù)合材料中的應(yīng)用前景將十分廣闊。理論計(jì)算表明，碳納米管可望具有極優(yōu)異的力學(xué)性能。然而，碳納米管的尺寸太小,使人們無法對(duì)其進(jìn)行直接拉伸測(cè)試，對(duì)其力學(xué)性能的研究只能用非常規(guī)的方法。有人在透射電鏡中用電子束加熱碳納米管，觀察碳納米管的熱振動(dòng)幅度，或者用外加一個(gè)諧變電場(chǎng)激發(fā)碳納米管的振動(dòng)，由碳納米管受迫振動(dòng)的振幅和頻率推算出其楊氏模量可高達(dá)1.8太帕。也有人對(duì)一端固定的碳納米管，利用原子力顯微鏡針尖迫使碳納米管的自由端運(yùn)動(dòng)，造成碳納米管彎曲，測(cè)得的平均楊氏模量為(1.280.59) 太帕。l 研究?jī)?nèi)容及

24、研究方法納米碳管的制備方法主要有電弧放電法、催化裂解法（CVD法）、激光蒸發(fā)法、熱解聚合物法、石墨在液氮中放電法及電解法等等。比較成熟的方法有電弧放電法和催化裂解法。我們采用CVD法制備納米碳管。這個(gè)方法的特點(diǎn)是納米碳管純度高、產(chǎn)量大、工藝簡(jiǎn)單。已經(jīng)制備出的納米碳管的電鏡照片如左圖所示。納米材料的力學(xué)性能測(cè)試研究，選擇的對(duì)象主要是納米金屬（如納米銀、銅、等）、納米復(fù)合材料（如納米碳管/有機(jī)樹脂、納米陶瓷材料/有機(jī)樹脂、納米碳管/金屬等）。為保證測(cè)試材料的穩(wěn)定性，制備復(fù)合材料時(shí)從增強(qiáng)體納米碳管的制備及其性能研究開始，利用制備出的納米碳管進(jìn)行化學(xué)修飾，使其化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，即在其表面接枝官能團(tuán)，以

25、利于和基體材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到大幅提高復(fù)合材料的力學(xué)性能的目的。以化學(xué)修飾后的納米碳管和各種基體材料制備出納米碳管復(fù)合材料，然后，對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行分析測(cè)試，研究納米碳管復(fù)合材料的力學(xué)性能及測(cè)試方法。為這種新的材料提供力學(xué)性能指標(biāo)。 但是，納米材料是新型的材料，其力學(xué)性能和測(cè)試方法有其獨(dú)特性，同傳統(tǒng)的測(cè)試方法有所不同，因此，對(duì)于新的材料的出現(xiàn)，研究其力學(xué)性能的測(cè)試方法，是非常必要的，也是我們材料力學(xué)專業(yè)的任務(wù)。我們已經(jīng)對(duì)納米銀、納米碳管/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料、納米碳管/高分子復(fù)合材料、納米碳管復(fù)合鍍層材料等進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。測(cè)試方法是參照國(guó)家的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)根據(jù)納米材料的特性，在加載速度等方面將有

26、所不同。試樣采用小型非標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)機(jī)采用小型試驗(yàn)機(jī)。初步測(cè)試結(jié)果表明：納米碳管/高分子復(fù)合材料的力學(xué)性能有較大幅度提高，其中抗拉強(qiáng)度提高幅度在20%280%（因制備工藝、碳管含量不同而不同）。納米銅拉伸試樣 納米銅壓縮試樣 納米銅試樣拉斷后的情形 納米鐵拉伸試樣 （壓縮實(shí)驗(yàn)：P-Ag多晶銀，n-Ag為納米銀；試樣直徑6mm，高度7.5mm） 納米Cu和普通銅的拉伸圖納米材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能。僅以納米銅、銀為例，說明其力學(xué)性能。從拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線圖上可以看出。納米銀具有良好的抗壓變形性能，比多晶銀提高一倍左右。同樣，從納米Cu拉伸圖可以看出：納米銅比一般的銅具有更高的抗拉強(qiáng)度。已有的研究成果也表

27、明，納米級(jí)的金屬鉛，其屈服極限為非納米級(jí)鉛的五倍左右。同時(shí)，納米金屬試樣的加工精度后缺陷對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響很大，例如，表面拋光的納米金屬試樣的屈服極限可達(dá)到330Mpa,而未進(jìn)行拋光的則只有70Mpa。因此，納米金屬材料的力學(xué)性能測(cè)試具有特殊性。納米碳管復(fù)合鍍層材料的耐磨性可以比軸承鋼高數(shù)倍以上，其拉伸性能等有待于進(jìn)一步研究和測(cè)試。這也是我們的下一步的研究工作內(nèi)容。一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^拉伸或壓縮實(shí)驗(yàn)測(cè)定納米金屬、納米復(fù)合材料等的力學(xué)性能，探討納米材料在其中的作用及其增強(qiáng)、增韌機(jī)理。 二、 設(shè)備及試樣1、 Zwick 10KN,2500N 試驗(yàn)機(jī)、simazu250KN高溫爐電子萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)。2、 游

28、標(biāo)卡尺 3、 試樣有數(shù)種可供選擇，納米Al2O3/混凝土復(fù)合材料、納米銅、納米鐵、納米碳管、環(huán)氧樹脂等。三、實(shí)驗(yàn)方法納米復(fù)合材料種類較多，因此，制備方法也不盡不同,因內(nèi)容繁多故不詳細(xì)說明，僅簡(jiǎn)略說明。a) 用某種方法制備納米材料，如有必要可對(duì)其進(jìn)行處理；b) 采用共混的方法，即將納米材料和基體材料用某種方式混合（如球磨法、煉塑法、高速混合機(jī)混合等）； c）按實(shí)驗(yàn)需要加工成型，制成試樣；e）用電子萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)對(duì)納米復(fù)合材料的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試；f) 根據(jù)測(cè)試結(jié)果研究納米材料對(duì)力學(xué)性能的影響。g) 用電子顯微鏡觀察分析納米復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)，探討其對(duì)力學(xué)性能的影響。力學(xué)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)方法參照低碳鋼力學(xué)性能測(cè)試，但加載速度要小于0.5m/min。四、實(shí)驗(yàn)原理基本按照有關(guān)的材料力學(xué)性能測(cè)試方法進(jìn)行，但在加載速度方面將嘗試比金屬更低的實(shí)驗(yàn)方法。五、實(shí)驗(yàn)要求：每個(gè)實(shí)驗(yàn)測(cè)試三個(gè)試樣，記錄每個(gè)試樣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提供實(shí)驗(yàn)報(bào)告。報(bào)告中要有測(cè)試的結(jié)果，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和討論?？梢詤⒄沼嘘P(guān)資料，探討納米復(fù)合材料力學(xué)性能的特點(diǎn)。納米金屬：拉伸實(shí)驗(yàn)要求測(cè)試強(qiáng)度指標(biāo)和塑性指標(biāo)，彈性模量可選擇做；壓縮實(shí)驗(yàn)測(cè)抗壓強(qiáng)度。納米