實驗力學方法應用案例進行分析

❶ 運動生物力學三種主要實驗研究方法是什麼

運動生物力學運動生物力學

biomechanics

應用力學原理和方法研究生物體的外在機械運動的生物力學分支。狹義的運動生物力學研究體育運動中人體的運動規律。按照力學觀點，人體或一般生物體的運動是神經系統、肌肉系統和骨骼系統協同工作的結果。神經系統控制肌肉系統，產生對骨骼系統的作用力以完成各種機械動作。運動生物力學的任務是研究人體或一般生物體在外界力和內部受控的肌力作用下的機械運動規律，它不討論神經、肌肉和骨骼系統的內部機制，後者屬於神經生理學、軟組織力學和骨力學的研究范疇（生物固體力學）。在運動生物力學中，神經系統的控制和反饋過程以簡明的控制規律代替 ， 肌肉活動簡化為受控的力矩發生器，作為研究對象的人體模型可忽略肌肉變形對質量分布的影響，簡化為由多個剛性環節組成的多剛體系統。相鄰環節之間以關節相連接，在受控的肌力作用下產生圍繞關節的相對轉動，並影響系統的整體運動。

對於人體運動的研究最早可追溯到15世紀達·芬奇在力學和解剖學基礎上對人體運動器官的形態和機能的解釋。18世紀已出現對貓在空中轉體現象的實驗和理論研究。運動生物力學作為一門學科是20世紀60年代在體育運動、計算技術和實驗技術蓬勃發展的推動下形成的。70年代中H.哈茲將人體的神經-肌肉-骨骼大系統作為研究對象，利用復雜的數學模型進行數值計算，以解釋最基本的實驗現象。T.R.凱恩將描述人體運動的坐標區分為內變數和外變數，前者描述肢體的相對運動，為可控變數；後者描述人體的整體運動，由動力學方程確定。這種簡化的研究方法有可能將力學原理直接用於人體實際運動的模擬和理論分析。由於生物體存在個體之間的差異性，實驗研究在運動生物力學中佔有特殊重要地位。實驗運動生物力學利用高速攝影和計算機解析、光電計時器、加速度計、關節角變化、肌電儀和測力台等工具量測人體運動過程中各環節的運動學參數以及外力和內力的變化規律。

在實踐中，運動生物力學主要用於確定各專項體育運動的技術原理，作為運動員的技術診斷和改進訓練方法的理論依據。此外，運動生物力學在運動創傷的防治，運動和康復器械的改進，仿生機械如步行機器人的設計等方面也有重要作用。同時還為運動員選材提供了依據.

❷ 流體力學在日常生活中的應用

流體力學在工業、農業、交通運輸、天文學、地學、生物學、醫學等方面得到廣泛應用。通過湍流的理論和實驗研究，了解其結構並建立計算模式；多相流動；流體和結構物的相互作用；邊界層流動和分離；生物地學和環境流體流動等問題；有關各種實驗設備和儀器等。

具體運用事例如下：

1、在供熱通風和燃氣工程中：熱的供應，空氣的調節，燃氣的輸配，排毒排濕，除塵降溫等等，都是以流體作為介質，通過流體的各種物理作用，對流體的流動有效的加以組織實現的。

2、在建築工程和土建工程中：如基坑排水、路基排水、地下水滲透、地基坑滲穩定處理、圍堰修建、海洋平台在水中的浮性和抵抗外界擾動的穩定性等。

3、在市政工程中：如橋涵孔徑設計、給水排水、管網計算、泵站和水塔的設計、隧洞通風等，特別是給水排水工程中，無論取水、水處理、輸配水都是在水流動過程中實現的。

(2)實驗力學方法應用案例進行分析擴展閱讀

從20世紀60年代起，流體力學開始了流體力學和其他學科的互相交叉滲透，形成新的交叉學科或邊緣學科，如物理-化學流體動力學、磁流體力學等；原來基本上只是定性地描述的問題，逐步得到定量的研究，生物流變學就是一個例子。

以這些理論為基礎，20世紀40年代，關於炸葯或天然氣等介質中發生的爆轟波又形成了新的理論，為研究原子彈、炸葯等起爆後，激波在空氣或水中的傳播，發展了爆炸波理論。

此後，流體力學又發展了許多分支，如高超聲速空氣動力學、超音速空氣動力學、稀薄空氣動力學、電磁流體力學、計算流體力學、兩相(氣液或氣固)流等等。

這些巨大進展是和採用各種數學分析方法和建立大型、精密的實驗設備和儀器等研究手段分不開的。

從50年代起，電子計算機不斷完善，使原來用分析方法難以進行研究的課題，可以用數值計算方法來進行，出現了計算流體力學這一新的分支學科。與此同時，由於民用和軍用生產的需要，液體動力學等學科也有很大進展。

❸ 從傳統力學到分析力學,處理力學問題的方法有幾種

分析力學，不是一個人一次獨立創立的，而是由多人在一段時間內不斷完善的。
總的來說，是由拉格朗日、哈密頓、雅可比等人，使用廣義坐標和變分法，在牛頓力學的基礎上，建立的一套與牛頓力學等效的力學表述方法。
與牛頓力學相比，分析力學的表述方法具有更大的普遍性。很多在牛頓力學中極為復雜的問題，運用分析力學可以較為簡便的解決。

❹ 力學實驗的檢測手法是什麼

力學實驗的檢驗方法是用力的三要素來檢驗。
力的三要素包括大小、方向和作用點。我們把具有方向的物理量叫做矢量，所以力是矢量。力的單位是牛頓。
測定力的大小，要用彈簧秤。彈簧秤的刻度標在外殼上，彈簧的下端標有指針和鉤子，從指針上的刻度可以讀出力的大小。因為在除去外力後彈簧如果能恢復原來的長度，彈簧的伸長與拉力是成正比例的，所以彈簧秤可以用來測量力的大小。
希望我能幫助你解疑釋惑。

❺ 結構力學的研究方法

結構力學的研究方法主要有工程結構的使用分析、實驗研究、理論分析和計算三種。在結構設計和研究中，這三方面往往是交替進行並且是相輔相成的進行的。
使用分析在結構的使用過程中，對結構中出現的情況進行分析比較和總結，這是易行而又可靠的一種研究手段。使用分析對結構的評價和改進起著重要作用。新設計的結構也需要通過使用來檢驗性能。
實驗研究能為鑒定結構提供重要依據，這也是檢驗和發展結構力學理論和計算方法的主要手段。實驗研究分為三類：①模型實驗：將真實結構或者它的一部分簡化為模型，然後按照設計要求或研究要求進行加力實驗；②真實結構部件實驗：它有兩個任務，一是驗證模型實驗中所用簡化模型的可靠性，二是驗證理論設計計算的准確性；③真實結構實驗：例如，飛機地面破壞實驗、飛行實驗和汽車的開車實驗等。(見結構靜力實驗)
結構的力學實驗通常要耗費較多的人力、物力和財力，因此只能有限度地進行，特別是在結構設計的初期階段，一般多依靠對結構部件進行理論分析和計算。
理論計算主要有兩方面內容：
①計算模型工程結構的形式很多，它們的聯結方式也各不相同。並且，在實際結構中還存在局部的加強和削弱。因此，在理論計算時必須採用一些假設，把實際結構簡化成理想的典型結構，即簡化成計算模型，然後再進行理論計算。如果簡化得合理，而且數學方法選用得當，計算就比較容易，結果也能較接近實際。計算模型的選定，與所要採用的計算方法和計算工具有關。使用古典方法和解析數學，計算模型就不能太復雜；若使用有限元法和電子計算機，計算模型就可以包含更多的因素。目前，對於計算模型的選取尚無統一的方法，大多憑經驗或通過對類似結構的比擬分析來確定，然後通過實驗加以驗證並改進。
②計算方法計算模型確定後，就要進行結構和結構部件的基本設計計算，即運用各種力學方法，求出結構內部的受力和變形狀態以及結構的破壞極限載荷，用以檢驗真實結構是否滿足工程設計的要求。最基本的結構計算方法是位移法和力法。位移法適於編制通用程序，在大型電子計算機出現後發展較快；力法可以直接求出內力，且誤差較小，也在發展中。

❻ 固體力學的分析方法

在固體力學中，可以用實驗方法、數學方法，也可以用實驗和數學相結合的方法進行力學分析。實驗方法是用機械的、電的、光的或其他手段在實物上或模型上測量所需的量，或將測量結果再經過換算而得到固體力學問題中需求的量。許多復雜而難於計算的問題往往是用實驗方法研究的（見結構試驗）。數學方法就是在一定的初始條件和邊界條件下求解固體力學的基本方程，得到問題的解。固體力學的基本方程是根據力學中的平衡或運動規律、變形的連續規律以及材料的本構關系建立的代數方程或微分方程。對於後者，數學方法可分為精確解法和近似解法兩類。精確解法有分離變數法、復變函數法等，是精確求解微分方程定解問題的方法。它只適用於不太復雜的問題。近似解法有變分法、有限差分法、有限元法等（見結構分析數值方法）。這些方法可以在電子計算機上實施，已得到廣泛的應用和迅速的發展。

❼ 實驗應力分析的實驗方法

實驗應力分析方法目前已有電學的、光學的、聲學的以及其他方法。 有電阻、電容、電感等多種方法，而以電阻應變計測量技術應用較為普遍，效果較好。
①電阻應變計法
電阻應變計是一種能將構件上的尺寸變化轉換成電阻變化的變換器，一般由敏感柵、引線、粘結劑、基底和蓋層構成。將它安裝在構件表面。構件受載荷作用後，表面產生微小變形，敏感柵隨之變形，致使應變計產生電阻變化，其變化率和應變計所在處構件的應變成正比 。測出電阻變化，即可按公式算出該處構件表面的應變，並算出相應的應力。依敏感柵材料不同，電阻應變計分金屬電阻應變計和半導體應變計兩大類。另外還有薄膜應變計、壓電場效應應變計和各種不同用途的應變計，如溫度自補償應變計、大應變計、應力計、測量殘余應力的應變化等。
②電容應變計法
電容應變計是一種能將構件上的尺寸變化轉換成電容變化的變換器。試件變形時，兩電容極片間距隨之變動，引起電容變化。測出電容變化率，按公式可算出試件的應變 。電容 應 變計有弓形 、平板式和桿式等類型，多用於發電廠的管道、設備或核能設備的長期高溫應變測量，監視裂紋的形成和發展，以及對航空航天構件材料進行高溫性能測試等。 此法發展較快，方式較多，逐漸形成光測力學。經典的光彈性實驗技術已從二維、三維模型實驗（如光彈性法、光彈性應力凍結法）發展成為能用於工業現場測量的光彈性貼片法，用來解決扭轉和軸對稱問題的光彈性散光法，研究應力波傳播和熱應力的動態光彈性法和熱光彈性法，進行彈-塑性應力分析的光塑性法 ， 以及研究復合材料力學的正交異性光彈性法 。除了上述 經典方法外 ，還有雲紋法、雲紋干涉法、全息干涉法、散斑干涉法、全息光彈性法、焦散線法等。此外還有80年代發展起來的光纖感測技術和數字圖像處理技術等。
①光彈性法
運用光學原理研究彈性力學問題的一種實驗應力分析方法。某些各向同性透明的非晶體高分子材料受載荷作用時，呈現光學各向異性，使一束垂直入射偏振光沿材料中的兩主應力方向分解成振動方向互相垂直、傳播速度不同的兩束平面偏振光；卸載後，又恢復光學各向同性。這就是所謂的暫時雙折射效應。用具有這種效應的透明塑料按一定比例製成零構件模型，置於偏振光場中，施加一定的載荷，模型上便產生干涉條紋。通過計算，就能確定模型受載時各部位的應力大小和方向。此法對應力集中區和三維內部應力問題的求解特別有效。
②雲紋法
通過測定雲紋並對其進行分析以確定試件的位移場或應變場的一種實驗分析法。其原理是，當柵板和柵片重疊時，因柵片牢固地粘貼在試件表面而隨之變形，遂使柵板和柵片上的柵線因幾何干涉而產生條紋即雲紋。可通過雲紋測定物體表面的等高線，以及板殼的撓度分布等。
③雲紋干涉法
幾何雲紋法與光學干涉法相結合的一種實驗分析法。將高密度衍射光柵精確復制在物體表面，並用激光束照射該光柵，便可通過光柵衍射波干涉形成的條紋圖，獲得物體表面的變形信息 。此法靈敏 度高 ，條紋對比度好；能進行全場分析，實時觀測，量程幾乎不受限制。
④全息干涉法
利用全息照相獲得物體變形前後的光波波陣面相互干涉所形成的干涉條紋圖進行物體變形分析的一種方法。全息照相是一種不用透鏡而能記錄和再現被攝物體的三維圖像的照相方法。它能把來自物體的光波波陣面的振幅和相位信息以干涉條紋形式記錄下來，又能在需要時再現出來，以觀察到物體的三維圖像。全息干涉法的主要內容是研究條紋圖的形成、條紋的定位以及對條紋圖的解釋。對於具有漫反射表面的不透明物體，條紋圖表示物體沿觀察方向的等位移線；對於透明的光彈性模型（如有機玻璃），則表示模型中主應力之和等於常數的等和線。常用的全息干涉法有雙曝光法、即時法和均時法。
⑤散斑干涉法
精確檢測物體表面各點位移的光學測試法。激光照射在漫反射物體表面時，由反射光波干涉形成的散斑隨物體變形或位移而變化。採用適當裝置，通過雙曝光法把變形前後的散斑記錄在一張全息底片上，經顯影定影後便可獲得存儲物體表面各點位移信息的散斑圖。用激光照射散斑圖，就顯出散斑干涉條紋。在進行光學傅里葉變換信息處理後，便可分析出位移信息。
⑥焦散線法
利用焦散線測量應變（或應力）奇異場力學參數的一種光學實驗法。當一束光垂直照射在一塊受載的帶有邊緣裂紋透明薄板試件的局部高應變場區域時，由於域內各處厚度的變化十分懸殊，使透過的光線發生強烈偏折和匯聚，在試件與像屏間的空間形成一個明亮的曲面，稱為焦散面。若用一個半透明屏幕切割此焦散面，就可看到一條明亮的曲線，即焦散線。通過光學和力學分析，可將焦散線的幾何參數與奇異場的力學參數間的關系建立起來，從而通過測量焦散線的幾何形狀，可求出有關的力學量。
⑦光纖感測技術
用光纖作「傳」和「感」的元件，當光通過光纖時，光的某一特性（如光強、相位、波長、偏振等）受到被測物理量的影響而發生變化，利用這一變化即可測得諸如聲壓、電場、磁場、位移、加速度、應變、溫度等。光纖感測器的獨特優點是：光纖是一種絕緣介質，不受電磁干擾，能耐高溫高壓，能在腐蝕和易燃、易爆等惡劣環境下工作；光纖靈敏度高，能探射極弱的信號和微小的信號變化；可做成便於應用的任何形狀；光纖作為傳輸介質，損耗低 ，可作遠距離遙測和遙控；能構成對各種物理量（如聲、電 、磁、溫度、轉動等）微擾敏感的器件。因此，光纖感測器在感測器領域內佔有重要地位。
⑧數字圖像處理技術
利用電子計算機對圖像信息進行採集、處理和分析的圖像信息處理技術。在實驗力學領域內，主要用來分析處理光測力學中光彈性法、雲紋干涉法、全息干涉法、散斑干涉法等的光學干涉條紋信息，獲取全面而有效的實驗數據，實現光測力學的圖像信息採集自動化和數據分析程序化。 有聲彈性法、聲發射技術和聲全息法等。
①聲彈性法
利用超聲剪切波的雙折射效應測量應力的一種方法。超聲波在有應力的介質中傳播時，其剪切波沿兩主應力方向發生偏振，兩偏振波以不同速度傳播。實驗和理論分析得到應力-光學定律 ： 沿主應力方向的兩個超聲剪切波的速度差與兩主應力差成正比。該比例系數稱聲彈性系數，與材料的彈性常數有關。用此法可測量非透明材料的內部應力，並可測量焊接件的殘余應力。
②聲發射技術
構件在受力過程中產生變形或裂紋時 ，以彈性波形式釋放出應變能的現象稱為聲發射；利用接收的聲發射信號，對構件進行動態無損檢測的技術稱為聲發射技術。此技術可用來檢測裂紋和研究腐蝕斷裂過程，以及監視構件的疲勞裂紋擴展等；還可用來評價構件的完整性，判斷結構的危險程度。
③聲全息法
20世紀60年代發展起來的成像技術。其原理和全息照相相同，即利用波的干涉原理記錄物波的振幅和相位，並利用衍射原理再現物體的像。它的不同處是用超聲波代替光波。此法的成像解析度高，用於無損檢驗，可顯示試件內部缺陷的形狀和大小。 常見的有脆性塗層法、X射線應力測定法、比擬法等。
①脆性塗層法
把特殊的塗料噴塗在工程構件表面，以確定主應力方向和估計主應力大小的一種全場實驗方法。塗料噴塗到構件表面後，經過處理，就在構件表面結成脆性層。當此構件由於載入而產生的應變在某點達到一定的臨界值時，該點塗層就出現一條與主應力方向垂直的裂紋。連接同一載荷下所有裂紋的端點，其連線上各點是有相等的應力值，稱為等應力線。通過逐級載入，可得幾乎遍布整個塗層表面的裂紋圖和對應於不同載荷的等應力線，從而可直接觀察到構件表面各處主應力大小和方向的分布狀況。此法主要用來測出最大應力區和主應力方向，作為電阻應變計測量技術的輔助方法。
②X射線應力測定法
利用X射線穿透金屬晶格時發生衍射的原理，測量衍射角的變化並通過布拉格公式確定晶格的變化，從而算出金屬構件表面應力的一種實驗方法。此法可無損地測量構件中的應力或殘余應力，特別適於測量薄層和裂紋尖端的應力分布，是檢驗產品質量，研究材料強度，選用較佳工藝的一種重要手段。
③比擬法
根據兩種物理現象之間的比擬關系，通過一種物理現象的觀測試驗，研究另一種物理現象的方法。如果兩種物理現象中存在以形式相同的 數 學方程 描 述的物理量，它們之間便存在比擬關系，就可用一種較易測試的物理現象模擬另一種難以測試的物理現象，從而使試驗工作大為簡化。在實驗應力分析領域中，常用的有薄膜比擬、電比擬、電阻網路比擬、沙堆比擬。

❽ 彈性力學應力函數差分解應用范圍和實例講解

彈性力學所依據的基本規律有三個：變形連續規律、應力-應變關系和運動(或平衡)規律，它們有時被稱為彈性力學三大基本規律。彈性力學中許多定理、公式和結論等，都可以從三大基本規律推導出來。 連續變形規律是指彈性力學在考慮物體的變形時，只考慮經過連續變形後仍為連續的物體，如果物體中本來就有裂紋，則只考慮裂紋不擴展的情況。這里主要使用數學中的幾何方程和位移邊界條件等方面的知識。 求解一個彈性力學問題，就是設法確定彈性體中各點的位移、應變和應力共15 相關書籍個函數。從理論上講，只有15個函數全部確定後，問題才算解決。但在各種實際問題中，起主要作用的常常只是其中的幾個函數，有時甚至只是物體的某些部位的某幾個函數。所以常常用實驗和數學相結合的方法，就可求解。

❾ 水動力學實驗的水動力學實驗示例

以下列舉幾個實例說明水動力學實驗理論如何應用於實際。
排水量船阻力實驗 用D表示總阻力，S表示濕面積，根據對此問題的理解，應用量綱分析方法得出，在幾何相似條件下，有下列關系：

因Fr和Re在原型和模型中相等的條件是不能同時滿足的，實驗中常維持Fr在原型和模型中相等。為了解決Re不等的問題，弗勞德近似地寫成:

式為總阻力系數；為當量平板摩擦阻力系數；剩餘阻力系數。剩餘阻力包括興波阻力和粘性形狀阻力。若雷諾數超過臨界值，可以認為形狀阻力是自相似的，與雷諾數無關。於是剩餘阻力系數只是弗勞德數的函數。因Fr值不變，故原型和模型的CR值相等，即。
原型和模型的值可根據休斯曲線或ITTC（國際拖曳水池會議）曲線求出。模型的值求出後，即可由上式計算原型的CD值。
船和水中武器運動性能實驗 這類實驗須考慮動體的總質，轉動慣量和浮心坐標)。相似參數包這些實驗要在拖曳水池、旋臂水池、耐波性水池、風洞、水洞和出入水實驗室等設備內進行。 物體從空氣中經過氣水交界面進入水中的過程稱為入水；物體與自由水面碰撞但並不穿過水面完全進入水中，稱為撞水，撞水是入水的初期過程。水上飛機在水面上降落，航天飛船儀器艙和座艙在海面上濺落都是撞水的實例，而魚雷和反潛導彈則都有入水過程。
速度不高的撞水實驗的參量有：代表撞水物體幾何形狀的具有長度量綱的幾何參量，，，…和特徵長度L，入水物體重心的坐標、、，質量m，轉動慣量I；與撞水運動開始狀態有關的參量，如入水角，初始攻角，初速度，初始角速度；重力加速度g，水的密度ρ和動力粘性系數μ。撞水和入水是非定常運動，所以還必須包括時間t（t=0為撞水初始瞬時）。與上述各參量對應的相似參數為：，，…，；，，，；，，，，；Fr，Re。
因為撞水具有沖擊性質，慣性力是主要的，雷諾數可以忽略。鈍頭物體高速撞水要考慮水和空氣的可壓縮性；模型的彈性也要作到相似。這時可忽略弗勞德數，而考慮馬赫數。
對於高速物體入水實驗，除上述相似參數外，還要考慮空泡數。入水物體尾部的空泡與一般空泡不同，前者中的氣體主要是尾隨物體沖入水中的空氣，水面上空氣的壓力pa和密度ρa是重要參量。為使空泡數不變，必須降低模型實驗中的水面壓力，但壓力一降低，水面上空氣的密度會隨著降低，從而破壞了空泡閉合過程的相似。為了做到空泡閉合過程相似，入水實驗中採用重氣體。若模型很小，為使韋伯數不比原型值小很多，常在水中加微量氣溶膠以減小表面張力。入水實驗需在專門設備中進行。 水輪機能產生多大功率、水泵需要多大功率都是重要的實驗課題。今就水輪機的功率實驗為例加以說明。設水輪機和流道的幾何形狀由長度l1,l2，…和直徑D決定；通過水輪機的流量Q除同g、μ和水頭H有關外，還同每秒轉數n有關。因為空化是水輪機運轉中的重要問題，參量中還須包括水的飽和蒸氣壓pV。流量的函數關系可寫成：
組成無量綱的參數後可得：
同樣，對於功率P可得:
和分別稱為單位流量和單位功；稱為單位轉速，具有表徵周期運動的斯特勞哈爾數的形式。也可分別組成只包括n、P、H和的兩個無量綱參數，稱為比轉速nS，其形式分別為：
模型實驗常做不到使模型的全部無量綱參數和原型相等，有時只能維持值相等。為了使空化數σ相等，需要控制模型的水面壓力。因為不能滿足全部相似條件，實驗得出的模型機的效率或功率仍需用經驗公式修正才能換算到原型機。原型機的效率常高於模型機。