工程力学专业能力强化训练科目大纲.docVIP

工程力学专业能力强化训练大纲 时间 一周，从2010年6月20日------6月26日 指导教师 黎明发、王应军 分组情况 两个班级按6个人一组，共11组 要求 在进行课题之前，要求每个学生根据教师提供的大纲，阅读相关技术资料和文献，熟悉相关仪器设备的操作说明，了解相关课题的研究进展，小组成员之间密切配合，提出整个解决方案从实验方案、试验步骤、数据记录等。 待训练完成后，每个学生独立完成学习报告。大致内容包括如下： 能力训练题目，包括子题目 完成人 同组人员 要求 理论原理陈述 实验过程、步骤、结论 有关理论分析与实验的对比 实验过程中技术资料，包括照片、图形、图像等 参考文献 训练题目 （一） 简支梁实验系统 简支梁是一种常用的结构，它一端为固定铰链，另一端为可动铰链的构件，梁上承受载荷，工程问题中众多结构件可以简化为此模型。因此，选择简支梁作为能力拓展训练的内容之一，要求同学们利用材料力学理论和实验的知识，认真思考，激发灵感，解决如下问题。 图1 简支梁结构 简支梁结构如图所示，已知梁的长度l、面板的厚度h和宽度b、支撑圆杆的长度l0和直径d，选用NO.10工字钢作为主承载梁，面板、工字钢和支撑圆杆的弹性常数为E、μ。 1、静态重量测量 在梁长度方向的纵向对称面内的面板上任意位置作用一集中力F，通过实验手段测量集中力的大小和作用位置。 2、运动物体重量测量 用图示简支梁模型方式将此梁安装到水泥地面上，简支梁面板和水泥地面在同一水平面内，当你踩上双轮滑板车，固定滑动姿态，除轮子滚动外，人和车架简化为刚体，以一定的速度从简支梁长度方向的纵向对称面的面板上通过，用实验的方法确定人和滑板车的重量。 任务 1、写出测量原理、测量方法以及选用的仪器设备。 2、字数不限。 简支梁结构仰视图 图2 简支梁结构仰视图 b=500mm,L=2750mm,L0=400mm,h=10mm,d=30mm,E=210GPa,u=0.3 （二）振动方法测试玻璃钢管道的管刚度 玻璃钢管道广泛应用在工程领域中，它的管刚度是非常重要的技术参数，在实际测试中，要精确的测定它是非常费时费力的。应用振动方法是一个简易快捷的形式。 玻璃钢是一种复合材料，各种异性特性明显。要求同学们熟悉相关领域。 图3 玻璃钢管道 玻璃钢管道的管刚度定义： 其中： -----管的厚度 ----管道的平均外径 -----环向弹性模量 （三）斜拉桥索力测试 图4 单塔斜拉桥 索力测试原理： 在不考虑斜拉索垂度，且弯曲变形不大的情况下，假设在静力平衡状态下拉索的形状可用抛物线表示]： (1) 式中，为拉索两锚固端点之间的索长，为拉索的垂度。 拉索的固有振动方程为： (2) 式中，为索上各点在t时刻的振动位移，为拉索的抗弯刚度，T为拉索OP方向的索力，为由振动产生的索力增量，为拉索的单位长度的质量。 把式（1）代入式（2）得： (3) 通过变量分离得到通解为： (4) 式中，， 其中，， 1边界条件不同的索力计算方程 （1）两端铰结拉索的固有振动 固有频率振动方程为： (5) 拉索的索力为： (6) 式中，为拉索第n阶固有振动频率。 （2）两端固结拉索的固有振动 频率方程为： (7) 此时方程为一超越方程，无法得到固有频率振动方程，可得出拉索索力与其二阶固有频率之间的近似关系为： (8) 式中，，需反复迭代才能求出索力值，不实用。 （3）Ritz法原理可以推导出拉索索力与实测频率值之间的关系式，分别为： 当采用一阶固有频率实测值时，有： (9) 当采用二阶固有频率实测值时，有： (四)斜拉桥动力特性测试 近年来，大跨度桥梁的安全性、耐久性与正常使用日渐得到关注，促使桥梁健康监测系统和智能控制技术迅速发展，并且日益成为国内外桥梁学术界和工程界的研究热点。桥梁在长期的使用过程中，不仅遭受地震、风暴、环境腐蚀等自然灾害的侵袭，而且由于使用、维护不当、车祸事故、交通量猛增等人为原因的破坏，很容易产生各种结构损伤，降低桥梁的承载能力，加剧桥梁的自然老化，甚至影响运营安全。因此，对不同类型的桥梁进行整体实时监控，建立桥梁健康监测系统，实现智能化评估就显得尤为重要。通过对桥梁动态特性的测试，检测损伤造成的结构参数变化，可以做到早期发现桥梁病害，大大节约了桥梁的维修、养护