力學測量與實驗力學的案例
關于實驗流體力學
實驗流體力學
實驗流體力學現在碰到的瓶頸遠比計算流體力學要嚴重得多。而且急需要天才來救場，否則很難有出路。
實驗流體力學首先最大的問題依然是燒錢，無盡的燒錢。如果要獲得可靠的飛行器氣動數據，那么一般的玩具級風洞依然是吹不出來的，因為邪惡的雷諾數效應。縮比模型的雷諾數一般要比實際飛行器小一個量級以上，這就導致了阻力預測可信度偏低，極端情況下還有更嚴重的轉捩預測完全錯誤的問題。所以，工業界實際用的風洞都是大尺寸的，實驗段直徑起碼要在幾米的量級，這也就意味著一座風洞的造價至少需要上億人民幣。這還不算后續的風洞運營經費、配套儀器費用、模型加工費用和實驗人員工資。所以空氣動力學實驗沒錢是玩不起的。
其次，實驗的定量測量手段目前還不夠完善。
說到了熱流量CFD算不準，實際上實驗定量測量難度一點也不比CFD低，測出來的數據完全錯誤的情況也見過。當然，最本質也是最核心的困難還是速度場的測量。雖然PIV、PTV之類的技術已經取得了非常大的進步，但在流場最關鍵的近壁區測量依然很困難。針對某些湍流問題，已經有不少學者認為直接數值模擬（DNS）可信度高于實驗了。當然這個觀點還有很大爭議，但短期來看，如果實驗測量技術得不到巨大突破，那么也許漸漸地CFD的標定對象就越來越多的偏向DNS而不是實驗了。
（為什么一直反復說湍流模擬？因為航空航天工業上能見到的流動95%都是湍流！）
（順便提下：卡門渦街不是湍流。雷諾數才幾百，你看到的這些渦全是層流渦。不要一提到湍流就貼一個卡門渦街的圖，你的流體力學老師會報警的。）
第三，風洞環境和實際飛行環境之間有多大的相似度，即所謂的“天地換算”問題。一般的工業風洞可以成功的模擬民航飛機、戰斗機、運輸機等的氣動參數，但是對于更新型的飛行器問題往往就無能為力，典型例子：高空飛行器、氣動聲學問題。
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Workbench仿真塑性材料拉伸力學實驗
本實例利用有限元仿真分析方法模擬材料力學性能實驗，針對塑性材料力學性能有限元仿真有一定的參考意義，希望能幫到大家。
【溫故知新】
大家可還記得材料力學中的力學性能測試試驗？忘了的朋友趕緊腦補去…
復習好了哇？直接上實驗結果...似曾相識？J
塑性材料應力應變曲線
注：在ANSYS有限元程序中默認比例極限等于屈服極限。
1
幾何模型與網格
試樣最小截面直徑10mm。網格劃分如下(網格粗糙，演示用)。
2
材料參數
楊氏模量2E11 Pa，泊松比0.325，屈服極限350Mpa，強度極限516Mpa。塑性階段采用Multilinear Kinematic hardening(多線性隨動強化模型)材料本構關系模型，用列表形式輸入應力與塑性應變。材料參數設置截圖如下。
在實際工程項目中為得到較為準確的材料屬性，可用電子拉力機對小試件做力學性能試驗來確定的。通過試驗可以得到上述材料應力應變曲線圖。注意試驗得到的是總應變，而在上面材料模型中需要的是Plastic Strain，所以還需將試驗所得的總應變減去對應的彈性應變（即屈服點之后的每一個試驗點的總應變減去這個點對應的彈性應變，其中彈性應變=應力/彈性模量，這里不考慮其他因素影響近似認為總應變=彈性應變+塑性應變）
3
邊界條件
一端完全約束，一段加載軸向拉力40000N。
展開 力學測量術語揭秘 | 標準和基本信息
在力學測量中，往往會涉及很多專業術語。在查看相關技術文檔時，您了解這些術語的含義嗎？
從這期開始，我們將開設「力學測量術語揭秘」欄目。在該欄目中，我們會分成多期，為大家持續介紹在力學測量領域中極為重要的技術術語。
作為欄目第一期，首先為大家介紹的是標準和基本信息：
1. DIN EN ISO 376
2. VDI/VDE 2638
3. 防護等級
4. 抗機械沖擊性能
5. 抗振動應力性能
6. 參考傳感器
1. DIN EN ISO 376
DIN EN ISO 376描述了力傳感器或測量鏈（在標準中通常稱為測力儀）的校準過程，其被用作參考力傳感器或傳遞標準傳感器，或是對測量不確定度有嚴格要求的應用。該過程涉及以標稱（額定）力進行步進預加載，在8或10個加載階段三個安裝位置（每個位置旋轉120°）分別加載，并進行蠕變測量。
接下來，每個經過校準的力傳感器都帶有校準證書，證書將標明傳感器的等級并評估和記錄特征值。校準證書還包含所使用的標準試驗機、信號調理器以及校準期間的主要環境條件（溫度、氣壓等）等信息。
提示：您可以在這里處找到交互式校準證書。根據DIN EN ISO 376的規定逐步解釋校準的各個要素。
2. VDI/VDE 2638
VDI/VDE 2638定義了力傳感器的特征量，目的是建立一個統一的語言和技術備忘錄。該標準由德國工程師協會（VDI）頒布。
3. 防護等級符合EN 60529標準
防護等級（也稱為IP代碼或入口保護代碼）表示設備對異物和濕氣侵入的保護程度。等級由兩位數字組成，例如 IP67。第一個數字表示防止固態異物侵入的防護等級，第二個數字表示防潮等級。
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流體力學實驗還可以這么驚艷！
雙色渦環流碰撞實驗
Vortex ／渦旋了解一下
上圖：在空中的渦流環圖像；中圖：生活中的吐煙圈同樣是渦旋；下圖：渦旋環向右傳播，空氣分子從圓環內部旋轉起來
流體力學中，渦旋是指流體順著某個方向環繞直線或曲線軸的區域，它是由被擾動的流體，如液體、氣體、等離子體所形成的。生活中渦旋的例子有煙圈，鯨豚用鼻孔吐的氣環等。渦旋形成后可以移動、沿伸、扭曲，并且和其他的渦旋以復雜的方式相互作用。
單個理想的渦環繞流動圖
視頻中的渦旋，在水里的稱為渦環，環內充滿空氣，當渦環在水里移動時，環內空氣與附近的水都會呈角向轉動。渦環角向轉動越快，就會變得越穩定。
雙色渦環流碰撞實驗動圖
雙色渦環流碰撞實驗是由電腦控制圓柱體橡膠膜抽吸流體，從渦流炮中發射出環形渦流。這個實驗同時也是染料密度的測試，如果染料混合物的密度比水輕，渦流就會上升；如果染料比水濃，渦流就會下降。另外渦流炮的間距、噴嘴的形狀、橡膠膜片的張力、發射速度等變量都需要通過計算確定下來。
展開 科雷氏骨折固定體位的生物力學實驗研究
為探討科雷氏骨折各種固定體位的生物力學機制,尋求最佳的固定體位,采用三維空間有限元計算方法,在計算機內建立完整的前臂模型,將前臂和腕部的主要肌肉和腕掌、背側韌帶加載于模型之上,分析腕關節在背伸、中立、掌屈位以及尺偏、橈偏等多種工況下,應力、應變和位移的變化特點,結果顯示當腕關節中立、稍尺偏、前臂旋后位時,骨折斷面的掌、背、尺、橈側中點的應力均為壓應力,且掌、背側數值比幾乎為1∶1 ,骨折斷面掌、背、尺、橈側中點的剪切位移量也最小,說明前臂旋后腕中立稍尺偏的固定體位最好,是治療科雷氏骨折的最佳固定方式。
科雷氏骨折固定體位的生物力學實驗研究.pdf
第17屆亞洲實驗力學國際會議在西安召開
2018年10月11日至15日，第17屆亞洲實驗力學國際會議（The 17th Asian Conference on Experimental Mechanics）在西安召開，本次會議由亞洲實驗力學組委會、中國力學學會主辦，陜西省沖擊動力學及工程應用重點實驗室、沖擊動力學及其工程應用國際聯合研究中心、西北工業大學等高校聯合承辦。西北工業大學航空學院李玉龍教授為本次會議主席，西北工業大學航空學院索濤教授和中國科學技術大學龔興龍教授為本次會議聯合主席。
本次亞洲實驗力學會議有來自日本、韓國、新加坡、美國等7個國家的學者參加。國內參會的學者分別來自清華大學、北京理工大學，北京航空航天大學、中國科學院力學研究所等近50所高等院校及科研院所。中國科學院院士、國防科學技術大學航空與材料工程學院于起峰教授；西北工業大學副校長萬小鵬教授；長江學者特聘教授、西北工業大學鄧子辰教授及李玉龍教授；國家杰出青年基金獲得者、中國力學學會實驗力學專委會主任、中國科學技術大學龔興龍教授；亞洲實驗力學學會主席、臺灣成功大學羅育龍教授；國家杰出青年基金獲得者、清華大學馮雪教授及謝惠民教授等近160余名國內外優秀學者參加了本次國際會議。
本次會議共分為主會場1個，分會場4個，大會邀請報告8個，分會邀請報告20及口頭報告85個。會議的主題涵蓋了應力應變與變形測量、微納米尺度下的材料力學性能、生物及復合材料力學性能、動態及沖擊響應模式及高應變率下材料的力學行為等多個方面。
開幕式由西北工業大學航空學院索濤教授主持，臺灣成功大學羅育龍教授代表亞洲實驗力學組委會對與會代表表示熱烈歡迎，西北工業大學副校長萬小鵬教授代表西北工業大學致歡迎詞。
展開 朱俊兒：從一個簡單實驗談結構力學之美
本文將從一個簡單的小實驗出發，帶讀者回顧麻省理工學院Tomasz Wierzbicki 教授團隊20 世紀80~90 年代在結構力學領域的相關工作，領略結構力學之美。
關鍵詞: 力學，結構，美學
首先，我們請讀者用身邊最常見的材料做一個小實驗。按照圖1中的步驟：(1) 找一把鋒利的剪刀、一張白紙以及一支筆；(2) 用剪刀在白紙上劃出一個“凹” 型小缺口，寬度與筆直徑相當，盡量規整，并將頭部微微翻起；(3) 將筆頭卡進小缺口中；(4) 用力快速把筆往前推！(5) 小心地將形成的褶皺展開觀察。
圖1 請讀者做一個簡單的小實驗
剛開始可能需要多嘗試幾次，熟練的狀況下會得到如圖1 ⑤中的形狀。這種漂亮的變形模式被稱作“concertina tearing”，翻譯成中文大致是“手風琴式撕裂”，是否非常形象？隨后，請測量一下紙的撕裂口(“手風琴” 的邊) 和推筆方向的夾角——是否在13°~14°之間？
一定是吧？但如果我們再告訴讀者，這個角度和紙張的類型沒有關系，讀者會相信么？事實上，這是麻省理工學院著名結構力學專家Tomasz Wierzbicki 教授團隊20 年前做的一個研究。研究表明：該撕裂角度與材料強度無關，所以無論讀者使用的是何種紙，結果都是一樣的——這是一個結構問題。
既然如此，那么如果它發生在鋼板上呢？這個問題可就遠沒有我們這個小實驗般云淡風輕了，而是一個嚴肅的工程事故問題。試想一下，一艘正在高速行駛的船，船底刮擦上一個堅固的礁石，結果將如圖2 所示。
圖2 鋼板的“手風琴式撕裂”實驗
Wierzbicki 團隊不光測量了這個角度，還嚴謹地推導了整個結構發展的模型，包括載荷值的預測等，這個與材料無關的角度充其量可能是一個“有趣的副產品”吧。那么，他們是怎么做的呢？非常有意思，還是從紙出發吧。
展開 力學測量術語揭秘 | ISO 376標準的特征量
在新的位置上采用與第一次系列測試相同的負載級完成一系列測試后，再一次拆下傳感器并旋轉120°，并采用相同的負載級再測量一次。然后根據每個負載級的結果來計算再現性。因此，校準證書顯示了每個校準負載級的再現性誤差。這個數字是相對于測量的力值而言的。
重復性相對誤差（b'）[%]
重復性是指在安裝位置不變的情況下，當前負載級的偏差。因此，其表示了一個傳感器在固定安裝位置上的再現情況。在此試驗中，傳感器承受了兩次相同的加載，未進行任何拆卸或重新安裝。同樣，在校準證書上，這個重復性誤差是相對于測量的力值而言的。
（相對）插值誤差（fc）[%]
對于參考力傳感器（U15、top 級傳感器……），會顯示相對于測量值的插值誤差。通常，根據ISO 376標準進行的校準并不產生一個衡量靈敏度的特征值，而是一個函數。因此，插值誤差是傳感器的真實特征曲線與表示校準結果的函數之間的差異。
重要提示：測量不確定度的影響不是相對于滿量程而言的，而是相對于所測的力值。在HBK，插值相對誤差在校準證書上以三次函數表示。
（相對）零點誤差（f0）[%]
相對零點誤差是指零點的偏差。為了確定零點誤差，在加載和卸載循環后來繪制零點信號，它是零點返回的度量。
可逆性/滯后相對誤差（v）[%]
可逆性（滯后）相對誤差描述了負載增加或減小時的特征曲線差異。在HBK，始終會在數據表上注明曲線的最大可能偏差。因此，單個傳感器的滯后很可能（遠）小于數據表中給出的值。
展開 2019年流體力學實驗技術發展與展望研討會在京召開
2019年1月5日至6日，由中國力學學會流體力學專業委員、北京航空航天大學與中國科學院大學聯合主辦的流體力學實驗技術發展與展望研討會在中國科學院大學雁棲湖校區國際會議中心召開。會議主席由北京航空航天大學王晉軍教授擔任，王晉軍、倪明玖、周裕、姜楠、劉應征擔任組織委員會委員。會議主要議題包括流體力學多場耦合測試技術與方法、極端環境下測試技術。
會議首先由王晉軍教授致開幕詞，王教授從力學學科發展出發強調了實驗測量技術的重要性，同時他也指出目前多場耦合以及極端環境對流體力學實驗測量技術提出了更高的要求，希望廣大實驗流體力學工作者以此為契機，充分發揮自己的才能，為流體力學測量技術的發展做出自己的貢獻。
展開 非線性力學國家重點實驗室召開2018年度學術年會
12月20-22日，非線性力學國家重點實驗室(以下簡稱LNM)與北京大學湍流與復雜系統國家重點實驗室(以下簡稱LTCS)聯合舉辦湍流與非線性力學研討會暨2018年度學術年會。中國力學學會理事長楊衛院士、南方科技大學校長陳十一院士、LNM學術委員會主任方岱寧院士、南京航空航天大學郭萬林院士、香港城市大學呂堅院士、北京大學工學院院長張東曉院士、中國科學院前沿科學與教育局技術科學處業務主管于漢超博士、力學所白以龍院士、王自強院士、何國威院士、魏宇杰研究員及以及來自力學所、北京大學、清華大學、北京航空航天大學、北京理工大學、中國科學院大學等單位的科研人員和研究生共計150余人參加了此次會議。
開幕式由張東曉主持，陳十一致開幕詞。魏宇杰作了2018年LNM實驗室工作匯報。他首先回顧了實驗室運行情況與科研進展，圍繞實驗室的總體定位和核心科研方向，從固體變形破壞的非線性力學和流體運動的非線性規律兩個方面總結了重要研究進展和科研成果，并介紹了重大研究項目及國家需求項目方面的申報和科研進展情況，展望了2019年工作規劃和工作重點。LTCS常務副主任李存標教授匯報了2018年LTCS工作進展情況。
本次年會共安排學術報告27個，涵蓋了非線性力學及其交叉領域的核心科學問題，包括固體變形、損傷破壞的非線性力學行為，湍流基礎與應用，復雜流動的非線性規律，國家重大工程和自然環境中的關鍵力學問題，以及生物系統與力學的交叉等。
會議期間，方岱寧主持召開了2018年度LNM學術委員會會議。委員們針對實驗室人才培養和引進、科研方向的凝聚、群體項目及國家重大需求項目的組織與申請、重大成果國家獎項申請及前瞻性布局等展開了深入討論，對實驗室下一步的發展提出了建設性指導意見和建議。
來源：中科院力學所
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力學所高溫氣體動力學國家重點實驗室（LHD）與大連化物所分子反應動力學國家重點實驗室（MRD）學術討
為進一步推動高溫氣體動力學領域的學科融合和交叉、促進實驗室開拓發展，8月31日LHD赴中科院大連化物所與分子反應動力學國家重點實驗室（MRD）開展學術討論。力學所黨委書記劉桂菊、學術委員會副主任姜宗林、LHD主任張新宇，大化所化學動力學研究中心主任楊學明院士、MRD主任張東輝院士等來自力學所和大化所的30余人參加討論會。會議由楊學明主持。
劉桂菊在致辭中表示，大化所、力學所各具風格和特點，相互學習和交流將可能產生重要的思想火花，促進合作的開展，LHD高度重視此次活動，針對預先溝通的四個主要問題準備研討內容主題，希望兩個國家重點實驗室進一步落實合作的切入點以及具體內容。
楊學明在致辭中向參會人員表示熱烈的歡迎，認為分子反應動力學和高溫氣體動力學關系到各自研究領域的下一步發展趨勢，期望通過交流找到學科交叉的具體合作點。
張新宇、楊學明分別介紹了LHD、化學動力學研究中心及MRD的總體情況和研究特點。本次會議共做8個專題學術報告，分別涉及化學動力學理論、高溫氣體動力學以及燃燒反應、大連相干光源、超聲速燃燒和光學測量、交叉分子束、激波管化學反應動力學、反應速率計算、高超風洞和稀薄氣體風洞等多個方面，與會成員展開熱烈討論。
會議雙方經過細致討論，決定成立工作組，在飛行器表面反應動力學、反應速率測量、風洞實驗中的光譜學和質譜學、交叉分子束動力學和重大科研平臺建設等方面開展合作。
展開 科技前沿 | 材料動態力學測試——霍普金森桿實驗
在航空、航天、汽車、運輸、包裝及其它軍事和民用領域中，工程材料可能會遇到像高速碰撞、爆炸這樣的沖擊加載情況，了解材料在沖擊加載下的力學響應，有助于各類材料的工程應用和工程設計。
對于材料來說，其在動載下的力學性能和在靜載下的力學性能是不同的。與準靜態實驗相比，進行高應變率下的動態實驗，依然是一個不小的挑戰。霍普金森拉伸實驗，對于有效并精確地獲取材料的應變率相關的應力-應變曲線，是非常好的動態實驗方式。
霍普金森桿（Hopkinson bar）是1993年公布的力學名詞。
是一種用于力學、工程與技術科學基礎學科、材料科學、機械工程領域的物理性能測試儀器。
展開 2018年基礎力學實驗教學研討會暨培訓班在武漢成功舉辦
2018年基礎力學實驗教學研討會暨培訓班于7月29日至31日在武漢召開。會議由中國力學學會教育工作委員會主辦，武漢理工大學承辦，先導時代科技有限公司協辦。本次會議的主題是“融合創新 進一步提高力學實驗教學質量”，全國105家單位的211名基礎力學實驗教學方面的專家學者出席了本次會議。
武漢理工大學副校長陳文教授代表武漢理工大學致歡迎詞，中國力學學會教育工作委員會副主任委員、河海大學邵國建教授，南京航空航天大學鄧宗白教授分別在開幕式上致辭。開幕式由武漢理工大學理學院院長翟鵬程教授主持。
會議期間，河海大學邵國建教授對第十一屆全國周培源大學生力學競賽基礎力學實驗團體賽做了總結報告，西南交通大學沈火明教授做了題為“融合創新 行穩致遠—基礎力學國家精品在線開放課程建設的實踐與思考”的報告，煙臺大學機械學院陳義保教授介紹了2017國家級虛擬仿真實驗項目：焊接機器人虛擬項目的研發，武漢理工大學劉立勝教授介紹了“面向三大行業的基礎、應用和創新能力培養的力學實驗教學體系建設”，南京航空航天大學鄧宗白教授對第十一屆全國周培源大學生力學競賽基礎力學實驗團體賽試題進行了分析，此外上海大學張東升教授、哈爾濱工業大學樊久銘教授、上海交通大學余征躍高工、東南大學胥明高工、武漢理工大學李瑤副教授、西安理工大學張健講師等分別就基礎力學實驗教學中的有關問題做了相關的研討和培訓報告。會議期間大家還一起交流和分享了虛擬仿真實驗的建設經驗和成果，并現場參觀了武漢理工大學力學實驗中心，針對具體的基礎力學實驗教學項目進行了深入的交流與討論。
本次大會為全國從事基礎實驗力學教學的廣大一線教師提供了一個交流和學習的平臺。
展開 免費網絡課程 |HBM力學測量技術-測力應用場景與實踐精髓
培訓內容
力是非常重要而且最經常被測量的機械量，在測試臺和工業過程控制中經常遇到以下問題：
· 稱重等于測力嗎？
· 力傳感器的最佳選擇，壓電還是應變技術？
· 如何采用分路測力而不直接采用力傳感器進行力學測量？
· 關于測量不確定度，哪些因素需要被考慮？
· 如何保證精確地進行力學測量？
本課程將為您提供重要的力學測量基礎知識、技巧和提示，使您能夠準確地進行力學測量。
培訓時間
1月20日（周三）下午 14:00-15:00
課程對象
從事測試測量特別是力學測量領域的工程、技術、營銷、采購、管理人員；力學測試設備設計、安裝調試、使用人員；大中專院校相關專業師生。
費用：免費
報名方式
電腦端報名：點此處報名
手機端報名：將二維碼截圖或直接點擊保存圖片，打開手機微信掃碼二維碼，根據圖片步驟進行報名即可。
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