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工程力学实验教学设计方案

引言

工程力学实验是工程力学课程体系中不可或缺的实践性教学环节，旨在配合理论教学，帮助学生深化对力学基本概念、基本原理和基本方法的理解与掌握，培养学生的实验技能、动手能力、数据分析与处理能力、创新思维能力以及严谨求实的科学态度。本方案基于工程力学课程教学大纲要求，结合当前高等教育改革趋势及工科人才培养目标，对工程力学实验教学进行系统性设计，力求提升实验教学质量，为培养高素质工程技术人才奠定坚实基础。

一、课程基本信息

*课程名称：工程力学实验

*课程代码：（根据各校实际情况填写）

*对应理论课程：工程力学（含理论力学与材料力学）

*适用专业：机械工程、土木工程、水利工程、航空航天工程、材料科学与工程、能源动力工程等工科相关专业

*课程性质：学科基础实验课

*学时/学分：（例如：16学时/0.5学分，根据各校实际情况确定）

*先修课程：高等数学、大学物理

二、课程目标

通过本课程的学习与实践，学生应达到以下目标：

（一）知识目标

1.巩固和深化对工程力学中重要基本概念（如应力、应变、内力、变形、强度、刚度、稳定性等）的理解。

2.掌握材料力学性能（如弹性模量、泊松比、屈服强度、极限强度、断后伸长率等）的测定原理与方法。

3.理解并掌握基本变形形式（拉伸、压缩、弯曲、扭转、组合变形）下构件内力、应力、变形的实验测定原理和方法。

4.了解工程力学实验常用仪器设备的基本原理、结构特点和操作方法。

（二）能力目标

1.能够独立或在团队协作下，正确选择和操作实验仪器设备，完成规定的实验内容。

2.能够规范记录实验数据，运用误差理论对数据进行初步分析与处理，绘制必要的图表。

3.能够对实验结果进行合理解释，判断实验数据的有效性，并与理论计算结果进行对比分析。

4.培养发现问题、分析问题和解决实际工程力学问题的初步能力。

5.培养工程实践中的安全意识、规范操作意识和团队协作精神。

6.提升撰写科学、规范的实验报告的能力。

（三）素质目标

1.培养严谨细致、实事求是的科学态度和精益求精的工匠精神。

2.激发对工程力学实验研究的兴趣，培养创新思维和探索精神。

3.树立理论联系实际的学风，增强工程应用意识。

三、实验项目设置与内容

根据课程目标和认知规律，实验项目设置遵循由浅入深、由基础到综合的原则，涵盖工程力学的主要知识点。

序号

实验项目名称

实验类型

学时

每组人数

实验目的与主要内容

:---

:---------------------------

:-------

:---

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1

材料的拉伸与压缩实验

基础验证

3

2-3

**目的：**测定材料的弹性模量E、泊松比ν、屈服强度σs、极限强度σb、断后伸长率δ和断面收缩率ψ。

**内容：**低碳钢和铸铁的拉伸、压缩全过程曲线绘制，观察破坏现象，分析材料力学性能差异。

2

材料的扭转实验

基础验证

3

2-3

**目的：**测定材料的剪切弹性模量G，观察不同材料（如低碳钢、铸铁）的扭转破坏现象及断口特征，理解扭转应力分布规律。

**内容：**安装试件，施加扭矩，测量扭矩与扭转角关系，绘制扭转曲线，确定G值，分析破坏原因。

3

弯曲正应力测定实验

基础验证

4

3-4

**目的：**验证纯弯曲梁横截面上正应力的分布规律，测定梁的弯曲正应力，并与理论计算值比较。

**内容：**在简支梁或悬臂梁上粘贴应变片，加载并测量指定截面不同位置的应变值，计算正应力，与理论公式计算结果对比分析。

4

梁的弯曲变形实验

基础验证

3

2-3

**目的：**测定梁在横向载荷作用下的挠度和转角，验证叠加原理，理解梁的刚度概念。

**内容：**采用百分表或位移传感器测量指定载荷下梁跨中或特定截面的挠度，分析载荷与挠度关系，与理论计算（如积分法、叠加法）结果比较。

5

组合变形时的应力测定实验

综合设计

4

3-4

**目的：**掌握在组合变形（如弯扭组合、拉弯组合）情况下，运用电测法测定构件危险点应力的方法，理解广义胡克定律的应用。

**内容：**设计实验方案，在组合变形试件上合理布置应变片，测量应变，根据应变状态计算主应力大小和方向，与理论分析结果比较。

6

压杆稳定实验

基础验证

3

3-4

**目的：**观察细长压杆的失稳现象，测定临界载荷，并与欧拉公式