课程大纲

课程大纲

力学实验原理与技术

课程编码:080103M04005H 英文名称:The Measuremental Principles and Techniques in Experiments of Mechanics 课时:60 学分:3.00 课程属性:专业核心课 主讲教师:李战华等

教学目的要求
本课程是一门以力学实验为主的专业核心课,内容涉及流体力学、固体力学、材料力学及高超声速空气动力学的实验测量原理及测量技术。通过对本课程的学习,使学生掌握力学的基本测量技术及正确处理实验数据的方法。本课程将安排参观研究所实验室并提供实习机会,培养学生动手操作能力,学会通过实验研究问题,体会实验在力学乃至物理学研究中的重要性。

预修课程
流体力学、固体力学、材料力学、大学物理实验

大纲内容
第一章 绪 论 2学时 李战华
第1节 实验观测在力学发展中的作用
第2节 力学实验测量的物理量与测量方法
第3节 力学实验面临的挑战与发展
第4节 本章小结
第二章 实验模拟准则 3学时 李战华
第1节 相似准则
第2节 由微分方程推导相似参数
第3节 由p定理推导相似参数
第4节 相似参数的应用
第5节 本章小结
第三章 误差、不确定度和数据处理 4学时 李战华
第1节 测量误差的基本概念
第2节 随机误差和系统误差
第3节 测量不确定度
第4节 实验数据的处理
第5节 本章小结
第四章 固体变形与载荷的测量技术 6学时 谢季佳
第1节 固体力学实验测量参量
第2节 变形与位移的测量
第3节 载荷的测量
第4节 本章小结
第五章 材料力学性能实验 6学时 谢季佳
第1节 准静态加载实验
第2节 硬度实验
第3节 断裂实验
第4节 疲劳实验
第5节 动态力学测试实验
第6节 材料微结构表征
第7节 本章小结
第六章 低速流动显示与流速测量技术 6学时 段俐
第1节 流体力学实验概述
第2节 低速流体力学实验设备及测量参数
第3节 流动显示技术
第4节 流体压强、流量计传统测速
第5节 单点流速测量技术
第6节 粒子图像测速技术
第7节 本章小结
第七章 流场温度、浓度及表面形貌测量技术 6学时 段俐
第1节 温度测量技术
第2节 浓度场、密度场、温度场测量技术
第3节 表面形貌测量技术
第4节 黏度测量技术
第5节 多相流测量技术
第6节 本章小结
第八章 告诉空气动力学实验设备 4学时 余西龙
第1节 概论
第2节 超声速风洞
第3节 高超声速风洞
第4节 高超声速特种设备
第5节 本章小结
第九章 高速空气动力学实验测量技术 5学时 余西龙
第1节 高速流场显示技术
第2节 压力测量技术
第3节 热流(温度)测量技术
第4节 气体组分测量技术
第5节 本章小结
第十章 实习课题汇编 12学时 李战华
第1节 超声速流场纹影与阴影显示实验及流场标定
第2节 拉瓦尔喷管典型流动状态的观测
第3节 高超声速模型头部驻点热流测量
第4节 声速喷管流量计流量系数标定
第5节 爆轰激波管压力与速度测量
第6节 航空发动机燃气温度的吸收光谱测量技术
第7节 超稠原油-水乳状液(W/O型)流变特性测量
第8节 基于电阻层析成像的气液两相流流型识别
第9节 水槽波浪场的模拟和测量
第10节 水槽流动的粒子图像测速
第11节 高速列车动模型表面压力测量
第12节 高速列车动模型的振动特性及气动阻力测量
第13节 毫牛级微小推力测试
第14节 金属材料的微结构表征与力学性能测量
第15节 金属材料动态压缩实验
第16节 含损伤的点阵夹层结构动力学测试与损伤识别
第17节 含水合物土的三轴剪切实验
第18节 氮化物超硬涂层的制备与表面力学性能测试
第19节 3D打印原理及实践

参考书

课程教师信息
1. 李战华,女、研究员、博士生导师,研究方向为微纳尺度流体力学实验。1982年北京航空航天大学空气动力学专业获学士学位,1991年法国普瓦捷大学流体力学专业获硕士学位,1994年巴黎六大流体力学专业获博士学位。1995年回国至今在中科院力学所非线性力学国家重点实验室工作。82-89年曾从事海洋工程研究,设计并建造了U型振荡水槽。96-99年承担重力式低湍流度水洞的设计与建造,获得国家发明专利。自2000年从事微纳尺度流动实验研究,先后完成MicroPIV、NanoPIV等微纳流动实验台的研制,研究微尺度边界滑移、微纳米粒子布朗运动、微流控芯片液体输运等,目前专注于微纳米颗粒在气相中的输运。2012年出版《微流控芯片中的流体流动》专著。自2009年带领授课团队承担国科大工程科学学院《力学实验原理与技术》课程,坚持科教融合,理论与实践结合,为研究生后续开展实验研究打好基础。
2. 谢季佳,男,博士,高工,硕士生导师,中国材料学会疲劳分会理事。1973年出生于湖南省衡阳市。1994年毕业于北京航空航天大学,获得金属材料与热处理专业学士学位。1997年在北京航空航天大学失效分析专业研究生,获得硕士学位。1997年到今,在中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室从事固体材料相关的实验研究。2007年获得固体力学博士学位。主要研究方向包括:金属材料与结构的疲劳与断裂、实验力学方法与应用。发表期刊论文40余篇,发明专利4项。
3. 段俐,女,博士,研究员,博士生导师。主要研究方向是流体热质输运和界面行为的研究。研究工作涉及流体力学、材料和生物的物理过程、现代光学诊断技术和空间科学实验技术等,具有多学科交叉特征。以光学手段观测力学现象,以物理学的概念理解力学机理,收获了许多有意义的研究结果。近二十年主要从事热毛细对流振荡及转捩问题研究,开展了大量的地基实验,探索了流动的失稳机理。在此基础上,作为主任设计师或副主任设计师,先后完成了三项空间实验任务。发表SCI、EI等论文百余篇,批准发明专利3项,培养硕士博士生十余人,同时承担了中国科学院大学工程科学学院《力学实验原理与技术》、及空间天文学院《微重力科学实验及载荷设计》两门研究生课程。
4. 余西龙,研究员 ,博导,军科委某专家组成员,科工三院两机专项专家,1971年出生,1993年毕业于北京航空航天大学,专业为火箭发动机,获得学士学位。1993年至1994年,在北京航空航天大学宇航学院工作。1994 年至1997年,在北京航空航天大学攻读硕士学位,专业为宇航推进。1997年至2002年在中国科学院力学研究所攻读博士学位,研究内容涉及到高超声速气流中的非接触测量技术和非平衡流动研究。2002年至2003年,韩国科学技术院博士后,从事燃烧诊断技术。2003年至2005年,日本东北大学流体科学研究所博士后,研究工作涉及激光诱导的等离子体和爆轰波及激波的流体力学过程。2005年7月到10月在航天科技集团中国空间技术研究院北京控制工程研究所从事空间推进系统的研究。2005年应聘到中国科学院力学研究所从事超声速燃烧诊断及高焓流动研究。2011年被聘为博士生导师,2012年被聘为研究员。目前研究的内容涉及高焓非平衡流动、激光光谱诊断技术和先进动力系统,受到国家自然科学基金、973、863、国家科技重大专项等多个项目的资助,研究结果发表于国际刊物optics letter、applied optics、applied physics B:lasers and optics等。