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荡秋千的力学分析
摘要：荡秋千实际上就是参数振动的一种，为了测定其振动参数，本文通过对参数振动的研究，在荡秋千的过程中，人缓缓站立，当秋千荡到前后两侧最高位置时，人直立。由人、板和悬索组成的系统重心在作周期性的升降，模拟于单摆中摆长的周期性变化，从而用参数振动的方法求得相应的参数。
关键词：荡秋千;参数振动;单摆
引言
秋千是中国古代北方少数民族创造的一种运动。春秋时期（公元前770～前476年）传入中原地区，因其设备简单，容易学习，故而深受人们的喜爱，很快在各地流行起来。汉代（公元前206年～220年）以后，秋千逐渐成为清明、端午等节日进行的民间体育活动并流传至今。新中国成立后，随着各种现代体育项目的兴起，秋千运动除在少数地区仍广为流行外，在中国大部分地区已成为儿童的专项活动。1986年2月，国家体委制订了《秋千竞赛规则》（草案），同年，秋千被列为全国少数民族体育运动会正式比赛项目。到1999年第六届全国少数民族运动会，秋千已发展为包括6个单项的较大项目。
秋千比赛规定，只限女子参加，分设单人、双人和团体赛，项目分高度比赛和触铃比赛。高度比赛以在规定的试荡次数内荡达的最高点来计算成绩，触铃比赛是以在规定的高度上和时间内运动员触铃的次数来计算成绩。比赛场地为20x8米的长方形平坦地面，秋千架高12米，起荡台高1.3米。在高度比赛中，选手均有6次试荡机会，而在触铃比赛中则只限1次。秋千运动不仅是一项精彩的竞赛运动，更能够锻炼人的意志，培养勇敢精神。同时，它对人体生理机能的健康发展也是十分有益的。
那么，我们用力学知识来分析一下它吧。
1.荡秋千的力学分析
1.1参数振动
参数振动是除自由振动、受迫振动和自激振动以外的又一种振动形式，产生参数振动的系统称为参变系统。参数振动由外界的激励产生，但激励不是以外力形式施加于系统，而是通过系统内参数的周期性改变间接地实现。由于参数的时变性，参数振动系统为非自治系统。描述参数振动的数学模型为周期变系数的常微分方程，对参数振动的研究归结于对时变系统常微分方程组零解稳定性的研究。
这是振动系统在另外一种激励下的响应：外激励通过周期性地改变系统的参数而引起的振动，因此叫参数振动。]1[
而参数振动的一个典型的日常生活中的例子是荡秋千。
1.2荡秋千的过程
说起荡秋千，对于我们来说都不陌生，荡秋千有两种方法，一种是荡秋千的人坐在踏板上，由另外的人推或拉，即《荆楚岁时记》上说的“推引之”，也就是秋千在来回摆动的一定的位置，有人顺着秋千的运动方向推或拉一把，这样秋千就荡得越来越高。但是这种方法大多对于比较小的孩子适用。对于荡秋千已经有些本领的人来说，都希望靠自己的力量把它荡上去，而靠自己荡上去是需要有一点技巧的。方法是在一开始登上秋千的踏板时要有一个初始速度，使秋千有一个小的摆动。然后，随着秋千的小摆动，作起立和下蹲的动作：每次通过平衡位置时，人要迅速直立，使重心升高，如图7-6（b）；而摆到最高位置时，人又要迅速蹲下，使重心降低，如图7-6（a）和（c）。这样，秋千来回荡一次，整个系统（即人、板及绳索合在一起）的重心就呈周期性地上升和下降两次。只要严格遵从这个规则，秋千就会越荡越高。本领好的荡秋千手，甚至可以在完全没有初始摆动的条件下把秋千荡起来。【2】秋千来回荡一次，整个系统（即人、板及绳索合在一起）的重心就呈周期性地上升和下降两次，重心运动的轨迹可以描绘成图7-6（d），就是这样一个过程。
a b c d
图7-6
1.3荡秋千的力学分析
按照以上的方法为什么可以把秋千越荡越高呢？这得从力学上来解释。秋千是一个力学系统，它所受的外力有两个：一个是向下的重力；另一个是在悬挂点O作用的约束力，其方向总是沿着秋千绳。我们知道，只有在外力不断对系统做功时，秋千才会越来越高。上述两个外力，约束力作用的方向由于总是和秋千运动的方向垂直，所以是不做功的。只有重力在秋千摆动的每一个来回做功即是由重力在做“推引”。
我们知道，人的重心在取立位时比取蹲位时要高。也就是说，按照上述荡秋千的方法处于上升的秋千比下降的秋千重心要高而荡秋千时，人的轴线是沿着秋千绳的。这样，作用于重心的重力在秋千上升时对悬挂点O的力矩就比下降时为小，所以一上一下力矩所做的总功
为正。由于系统的每一来回都有能量输入，秋千便自然越荡越高了。
总归不管是哪一种方式荡秋千，都是由秋千系统所受的外力做功。或者荡高或者维持一定高
度。不过，外力要对秋千做功，最重要的条件，就是外力推引要和秋千摆动的节奏相合。秋
千的摆动有一个节奏，外力的推引有一个节奏，两个节奏要相合秋千才会越来越高。这是共
振的一种表现形式。不过荡秋千过程中人的重心的周期性改变等效于摆绳长短的周期性变
化，这一过程实际是参数振动的一种，本文着重用参数振动的方法研究荡秋千的过程。
人在板上一蹲一起这样的动作不由地会让我们联想到重心的改变，这好比力学模型中
的单摆，在单摆模型中，摆长指的是绳长与小球半径的和（即摆的顶端到小球中心的距离），
当然这是在小球的质地均匀的情况下才有的，那如果是一个非均匀的小球，则摆长就应该是
摆的顶端到球的中心的距离。类比与单摆，人在板上中心的改变则相当于单摆中摆长 不断
地改变。由此，我们假设出一种力学模型，用外力使单摆的悬线端点作有规律的振动，人在
秋千板上左右两端最高位置时摆长最长，在平衡位置时，人站起来，摆长最短，而在最高处
到最低处摆长是连续变化的，这很类似与余弦曲线的变化，所以可以认为外力使单摆的悬线
端点作余弦规律振动。]2[
力学模型有了，就可以利用所学知识对荡秋千进行力学分析了。这是一个改变系统的
参数而进行的振动，称之为参数振动或参变振动，下面让我们来求得在用外力使单摆的悬线
端点作余弦规律振动系统中的参数是如何改变的。
首先，记摆长l 随时间改变为 1cos )(00<<Ω+=l a t a l t l ，其中
，0l 是摆绳的原长。
式中t a Ωcos 反映悬线长度的改变量，它以圆周率Ω按余弦规律变化，其振幅为a ，
l 为t=π/2时悬线长。
摆的动力学方程写作 ?
?sin )(2mgl ml dt d -=? 或 - 02=++???????l g l l .
设摆角?很小，则??≈sin ，上方程可改写为
02=++??
?????l g l l ⑴
或
,0220=++?
???ωβ?? ⑵
对比⑴⑵式，可得参数β随时间改变，即
β=l l
?= - t a l t a Ω+ΩΩcos sin 0.
从形式上看（2）与最终会归于静止的阻尼振动方程
0220=++???χωβχχ很相似（其
中β是阻尼因数），但由于方程⑵中??有非线性系数β，它是非线性微分方程，数学上可以判断因参数Ω和0l 的取值不同，系统会有不同性质的运动。例如，适当选择Ω，可使摆作等幅振动或摆动越来越大。
通过以上计算，求得了参数β，它是随时间改变的，秋千荡到不同位置就会有不同参数β与之对应，一旦β确定了，不同时刻的摆长l 就确定了，故而该运动就可以称为参数振动，其中的参数也已求得，它取决于Ω和0l
。 2小结
荡秋千时人体交替下蹲、直立，实现参数振动。由人、板和悬索组成的系统重心在作周期性的升降，这种荡秋千的游戏，在日常生活中很容易实现，就让我们都积极地去尝试这种运动吧。
总之，要荡的高，荡秋千的人应在秋千运动到最低点时处于直立，然后慢慢下蹲，到达最高点，再从最高点慢慢站起，到了最低点时直立，以后重复上面的动作，秋千会越荡越高。
参考文献：
[1] 陈毓芳.邹延肃.物理学简明教程.北京:北京师范大学出版社,1986
[2] 武际可. 从荡秋千说开去――漫话共振
[3] 漆安慎.杜婵英.普通物理学教程.北京:高等教育出版社,2005.6
古建筑木结构榫卯节点分析
古建筑木结构榫卯节点分析 一、前言 中国是四大文明古国之一，在源远的历史长河中，流传下了无数珍贵的物质和文化遗产，而其中重要的一部分就是古建筑木结构。古建筑木结构在世界建筑之林中独树一帜，影响深远，是东方建筑的代表。古建筑木结构有其独特的构造方式，如高台基、榫卯连接、平摆浮搁、侧脚和升起、雀替、斗拱铺作层等，展现出良好的抗震性能。不用一钉一铆，整体体系以木构架为主要承重构件，全靠木构件之间相互搭接和穿插而建造。被称为三大“世界奇塔”之一的释迦塔，是中国现存最高最古老的木塔，历经九百多年依然屹立不倒。 二、榫卯节点 古建筑木结构总体可分为井干式、抬梁式和穿斗式等三种结构形式。梁柱是主要的受力构件，承载建筑的自身及外界荷载，而榫卯节点将梁柱构件连接到一起，形成木构架。因此，梁柱节点的榫卯连接是木结构研究中的重要部分。榫卯节点中，“榫”即为凸出木构件，“卯”为凹部木构件。榫卯节点具有不同于现代建筑结构节点的特性，其既具有很强的转动能力又能够传递一定的弯矩，具有明显的半刚性特性。常见的榫卯连接形式有直榫和燕尾榫两种。直榫中榫径与榫头同宽，多用于木构件的穿插。燕尾榫榫头大于榫径，一般用于水平木构件与竖直木构件间的连接。 三、榫卯连接工作机理 以燕尾榫为例，分析榫卯节点在地震中的受力机理。为了施工安装方便，一般卯口尺寸略大于榫头尺寸，因此榫卯节点中会存在一定的间隙。当外部震动较小时，榫卯之间发生微小转动，结构利用构件转动与接触面间的摩擦抵消震动破
坏的能量。当震动较大时，榫卯节点会产生弯矩，轴力和剪力。此时，梁受到力的作用，榫头与卯口产生挤压应力，梁上的轴力与摩擦力、挤压应力平衡。随着梁震动位移增大，榫头以榫径为支点，与卯口内壁之间发生位移。由于燕尾榫榫头宽度大于榫径宽度，位移产生时，榫头侧面受到卯口侧壁挤压应力增大，摩擦力也相应增加。相对滑移产生剪力，此时榫头顶部与卯口上部挤压作用明显，弯矩作用产生。当转角增大到一定程度时，卯口侧壁与榫头侧面的挤压应力达到极限值，会导致卯口破坏或榫头折断。 四、榫卯节点研究现状 古建筑木结构具有重要的历史和文化价值，保护工作意义非凡。榫卯节点常见的破坏模式有榫卯拔脱、榫头折断、卯口破坏等。对于榫卯节点的力学性能及加固技术方面，国内外学者已进行了大量研究。方东平等在古建筑结构特性试验研究的基础上，提出了木结构特征的三维有限元计算模型和分析方法，第一次对古建筑木结构的斗栱和榫卯节点的力学性能作定量研究;胡明等跟据木材的正交各向异性，采用广义hill屈服准则准确建立木材的本构模型，运用AYSYS有限元软件模拟并与试验对比分析碳纤维加固区木梁损伤;赵鸿铁等通过燕尾榫节点木构架的低周反复荷载试验，得到弯矩-转角滞回曲线及骨架曲线，得到榫卯节点半刚性连接特性和节点刚度退化的规律。徐明刚等以1：2.65的缩尺比例制作宫殿式木构架模型，并分别采用胶入钢筋和外贴碳纤维布的方式加固榫卯节点，进行抗震性能试验研究，得出加载初期结构刚度与强度有明显提升，后期加固效果逐渐下降;周乾等对采用马口铁、钢构件和CFRP布加固的燕尾榫节点木构架进行了振动台试验，研究得出三种加固方式都可以提高结构的抗震性能，加固效果由高到低依次为：钢构件、碳纤维、马口铁;邓大力等提出了耗能软钢的榫卯节
工程热力学、传热学、流体力学、机械原理
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《内燃机原理》课程教学大纲 课程名称：内燃机原理（Internal Combustion Engine） 课程代码： 学分/学时：3学分/51学时 开课学期：秋季学期 适用专业：车辆工程、动力机械及工程、船舶工程等相关专业 先修课程：工程热力学、传热学、流体力学、机械原理与设计 后续课程：现代发动机设计、发动机电子控制技术、发动机排放控制技术 开课单位：机械与动力工程学院 一、课程性质和教学目标（需明确各教学环节对人才培养目标的贡献，专业人才培养目标中的知识、能力和素质见附表） 课程性质：内燃机原理是车辆工程、动力机械及工程、船舶工程等专业的一门重 要专业技术基础课，是培养发动机设计工程师和科研人员的主干、核心课。 教学目标：内燃机原理是一门理论性较强的专业课程，是汽车及内燃机工程专业 的核心课程。通过本门课程的学习，要使学生掌握内燃机工作过程各项性能指标的概念和内涵，熟悉内燃机理论和实际工作循环的特点，学习内燃机的充量更换、燃料供给与调节、混合气的形成与燃烧以及污染物的生成与排放控制等方面的工作原理及影响因素，能运用所学知识，分析提高内燃机各种工作性能指标、降低排放的技术措施和适用条件，培养成为熟悉内燃机原理的研究或设计人才。为从事相关专业技术工作、科学研究工作及管理工作提供重要的理论基础。（A5.1、A5.2、A5.3、B2、B4、C2） 本课程通过本课程的学习，使学生熟练掌握内燃机工作过程的性能指标，把握点燃式汽油机和压燃式柴油机的混合气形成、燃烧及排放等工作过程的特点，掌握如充量更换规律、现代内燃机燃料供给与调节方式、内燃机各种污染物的生成原理与控制方法等，在此基础上，能够对运用所学内燃机的原理知识，分析内燃机强化、降低油耗和减少排放等各项技术的工作机理和工程实际的可行性。要求学生能够掌握内燃机常规试验的方法和技巧。同时培养学生科学抽象、逻辑思维能力，进一步强化实践是检验理论的唯一标准的认识观。具体来说： （1）掌握内燃机关键性能参数的定性概念，能够把握住内燃机正常的工作状态（A5.1） 2
土力学实验报告
一、密度试验(环刀法) （一）试验目的 测定土的湿密度，以了解土的疏密和干湿状态，供换算土的其它物理性质指标和工程设计以及控制施工质量之用。 （二）试验原理 土的湿密度ρ是指土的单位体积质量，是土的基本物理性质指标之一，其单位为g/cm 3。环刀法是采用一定体积环刀切取土样并称土质量的方法，环刀内土的质量与体积之比即为土的密度。密度试验方法有环刀法、蜡封法、灌水法和灌砂法等。对于细粒土，宜采用环刀法；对于易碎裂、难以切削的土，可用蜡封法；对于现场粗粒土，可用灌水法或灌砂法。 （三）仪器设备 1．环刀：内径6～8cm ，高2～3cm 。 2．天平：称量500g ，分度值0.01g 。 3．其它：切土刀、钢丝锯、凡士林等。 （四）操作步骤 1．量测环刀：取出环刀，称出环刀的质量，并涂一薄层凡士林。 2．切取土样：将环刀的刀口向下放在土样上，然后用切土刀将土样削成略大于环刀直径的土柱，将环刀垂直下压，边压边削使土样上端伸出环刀为止，然后将环刀两端的余土削平。 3．土样称量：擦净环刀外壁，称出环刀和土的质量。 （五）试验注意事项 1．称取环刀前，把土样削平并擦净环刀外壁； 2．如果使用电子天平称重则必须预热，称重时精确至小数点后二位。 （六）计算公式 按下列计算土的湿密度： V m m V m 2 1-=＝ ρ 式中：ρ—密度，计算至0.01g/cm 3 ； m —湿土质量，g ； m 1—环刀加湿土质量，g ； m 2—环刀质量，g ； V —环刀体积，cm 3 。 密度试验需进行二次平行测定，其平行差值不得大于0.03g/cm 3 ，取其算术平均值。
密度试验(灌砂法) （一）试验目的 现场测定粗粒土的密度。 （二）试验仪器 1．密度测定器：由容砂瓶、灌砂漏斗和底盘组成（1-1）。 灌砂漏斗高135mm、直径165mm，尾部有孔径为13mm的圆柱形阀门；容砂瓶容积为4L，容砂瓶和灌砂漏斗之间用螺纹接头联接。 底盘承托灌砂漏斗和容砂瓶。 1-1密度测定器 2．天平：称量10kg，最小分度值5g，称量500g，最小分度值0.1g。 （三）操作步骤： 1按规定挖好试坑尺寸，并称试样质量。 2向容砂瓶内注满砂，关阀门，称容砂瓶，漏斗和砂的总质量，准确至10g。 3将密度测定器倒置（容砂瓶向上）于挖好的坑口上，打开阀门，使砂注入试坑。在注砂过程中不应震动。当砂注满试坑时关闭阀门，称容砂瓶、漏斗和余砂的总质量，准确至10g，并计算注满试坑所用的标准砂质量。 （四）计算公式 容砂瓶的容积，应按下式计算。
荡秋千的物理原理
The swinging physics principles 【Abstract】This paper reference of various literature on the basis of former using angular momentum conservation from different aspects, such as mechanical energy conservation, torque, analyzes the swing work method of mechanical principle and function conversion problem.。【Keys】Swing; Energy conversion; Torque work; Angular momentum conservation 荡秋千在我国有着很悠久的历史，秋千大约在战国时代就有了．据南朝梁代宗懔著的《荆楚岁时记》说：糖(即秋千的古写)本北方山戎之戏，以习轻趣者．后中国女子学．乃以彩绳悬木立架，士女炫服坐立其上，推引之，名日：糖.楚俗谓之施钩，涅巢谓之骨索．唐朝诗人王建有《秋千词》描写少女子比赛荡秋千的情景： 长长丝绳紫复碧，塌塌横枝高百尺． 少年儿女重秋千，盘巾结带分两边． 身轻裙薄易生力，双手向空如鸟翼． 下来立定重系衣，复畏斜风高不得． 旁人送上那足贵，终睹明蹭斗自起． 回回若与高树齐，头上宝钗从堕地． 眼前争胜难为休，足踏平地看始愁． 很明显，古人就知道了秋千的乐趣之外的物理原理，从现在物理学角度，我们可以从以下三种情况来分析荡秋千时的物理原理。 第一种情况,我们设定:把秋千拉到一定的高度,然后松手,让秋千自由振荡。这时我们可以解释为:当秋千在最高处时,重力势能最大,动能为零,下降过程中,重力势能逐渐减少,动能逐渐增大;到达底部时重力势能为零,动能最大;接下来,秋千速度逐渐减少,动能逐渐减少,重力势能逐渐增大;到达顶部,重力势能最大,动能为零。如此周而复始重复上述过程,重力势能与动能相互转化,如果不考虑空气阻力,机械能守恒。这是我们经常讲解的东西,学生也比较容易接受。 第二种情况,我们设定:秋千开始时是在最底部静止,然后由另外的同学推动秋千振荡,同时周期性的不断给秋千一个推力,从而使秋千不断的升高。这个过程怎么解释呢?我认为,推秋千的人给秋千施力的过程,就是秋千加速的过程,也就是秋千动能增加的过程。重复性的推动秋千,就是秋千的动能不断增加的过程,而秋千在离开推秋千以后又把增加的动能转化为重力势能,整个秋千系统重力势能不断增加,其高度也越来越高。 第三种情况,我们设定:没有另外的人推秋千,只有一个荡秋千的人,他也可以把秋千从静止,逐步荡的越来越高。仔细观察、分析,我们会发现,开始时,如果荡秋千的人立在秋千上不动,秋千又是处在最底处,他是不可能将秋千荡起来的!他要将秋千拉开一段距离,然后迅速登上秋千,这时秋千就能在小幅度内自由振荡,动能、势能不断转化。接下来再仔细观察,当秋千在最高处时,人是直立在秋千上的,秋千向最底处运动时,人会迅速的向下蹲,到达底部,人已经处在蹲的状态,秋千继续运动,人又会慢慢的站立起来,到达最高处,人已经是直立在秋千上了。如此周而复始,荡秋千的人会把秋千荡的越来越高,甚至会荡到水平状态。显然,单纯用动能、势能的转化与守恒来解释是解释不通的。因为秋千的高度不断增加,重力势能不断增加,不能和动能守恒! 对于前两种情况，我们可以把秋千看做是一个单摆，我们在起摆的时候给它能量：在最低点给它一初始速度即动能，或者增加它的起摆高度即势能。于是秋千就会像单摆一样，在空气阻力和摩擦力的作用下做阻尼振动，最终我们原来施与的初始能量会在阻力的作用下逐渐耗尽，然后秋千就会停止摆动。
土力学实验报告
园林学院 土力学实验报告 学生姓名 学号2009041001 专业班级土木工程091 指导教师李西斌 组别第三组 成绩
实验目录 前言 (1) 实验一含水量试验 (2) 实验二密度实验 (5) 实验三液限和塑限试验 (7) 实验四固结试验 (13) 实验五直接剪切试验 (18)
前言 土是矿物颗粒所组成的松散颗粒集合体，其物理力学性质与其他材料不同；土力学是利用力学的基本原理和土工试验技术来研究土的强度和变形及其规律性的一门应用学科。 土的天然含水率、击实性、压缩性、抗剪强度是水利工程中的四大问题，他们的好坏与否直接关系到水利工程的经济效益与安全问题，因此在工程中作好土料的指标实验，确定出相应标对水利工程具有十分重要的意义。
实验一 含水量试验 一、概述 土的含水率 是指土在温度105~110℃下烘干至恒量时所失去的水质量与达 到恒量后干土质量的比值，以百分数表示。 含水率是土的基本物理性质指标之一，它反映了土的干、湿状态。含水率的变化将使土物理力学性质发生一系列变化，它可使土变成半固态、可塑状态或流动状态，可使土变成稍湿状态、很湿状态或饱和状态，也可造成土在压缩性和稳定性上的差异。含水率还是计算土的干密度、孔隙比、饱和度、液性指数等不可缺少的依据，也是建筑物地基、路堤、土坝等施工质量控制的重要指标。 二、实验原理 土样在在105℃～110℃温度下加热，土中自由水会变成气体挥发，土恒重后， 即可认为是干土质量s m ，挥发掉的水分质量为w s m m m =-。 三、实验目的 测定土的含水量，供计算土的孔隙比、液性指数、饱和度等不可缺少的一个基本指标。并查表可确定地基土的允许承载力 四、实验方法 含水率实验方法有烘干法、酒精燃烧法、比重法、碳化钙气压法、炒干法等，其中以烘干法为室内实验的标准方法。在此仅用烘干法来测定。 烘 烘干法是将实样放在温度能保持105~110℃的烘箱中烘至恒量的方法，是室内测定含水率的标准方法。 （一）仪器设备 （1）保持温度为105~110℃的自动控制电热恒温烘箱； （2）称量200g 、最小分度值0.01g 的天平； （3）玻璃干燥缸；
古建筑榫卯联接结构的力学合理性分析与优化
《东南大学学报(副刊)》[ISSN:1001-0505/CN:32-1178/N], 期数:2013年第4期页码: 849-855 栏目: 土木工程古建筑榫卯联接结构的力学合理性分析与优化及相应推广设计 王云飞於恒花逸扬林雨豪孙延超 摘要 简要分析了抬梁式建筑的等应力设计原理，分析了部分重要构件及重要节点，并对相应节点设计提出了改进意见。 关键词：古建筑榫卯力学分析 榫卯结构的受力特性 榫卯结构，是通过卯口与榫头的结合，以达到一种横向或纵向传力的结构，节点处往往比较薄弱，榫卯结合处一般不能承受较大的弯矩。 榫卯连接节点属于半刚性节点，在榫头拔出的过程，结构构件会产生很大的变形和相对位移，可以使结构的内力进行重新分配。 由于制作误差及木材本身特有的弹性，榫卯难以完成严格意义上紧密结合，在结构的初始受力阶段，连接节点更近似于铰接。随着节点变形增加，节点刚度亦随之增加。 由于卯口对榫头有一定握裹力，在地震作用下，榫头与卯口会形成摩擦滑移，从而消耗一部分能量，可以有效减小上部结构的地震反应，减震效果明显。 单位换算 宋尺一尺约为现在国际单位制的32cm，宋斤一斤接近于0.625kg，为方便研究，本文将长度、质量单位统一换算为现行单位。 本文的几点假定 （1）裂缝、木节等缺陷严重影响节点与构件受力性能，较小的荷载便会导致裂缝扩展与加深，在裂缝或木节处突然断裂，发生脆性破坏，非常危险。 由于本文主要进行理论计算分析，故对此不予讨论，计算时，假定所有构件使用之木材纹理皆为顺丝且无任何瑕疵。 （2）古建筑为了抗震需要，常常会使木柱上端向内收敛，谓之侧脚。实验证明，地震作用时，侧脚作用明显。以殿堂为例，一般殿堂外围木柱，面阔方向侧脚1%，进深方向侧脚0.8%，因倾斜角极小，对本文演算之影响可忽略不计，故假定建筑柱身皆为竖直。 （3）因为柱脚以管脚榫与石础相连，柱脚之间连以地栿，且榫卯联接不能提供过大的弯矩，故假定柱脚与基础铰接。由于柱端受相连的斗栱、木枋等约束，故假定柱端受侧向支撑，但竖直方向自由。 （4）因为榫卯联接近似于铰接，结构之间允许较大的相对转角，因此结构体系对地基沉降并不敏感，是以假定微量的基础沉降不会使结构产生相应的附加应力。 （5）考虑到木材瞬时持荷的能力高于长久持荷的能力，计算时不考虑木材的塑性开展，即自中和轴到构件边缘，应力成线性分布，且构件边缘应力不高于
土力学实验报告
南华大学 城市建设学院土力学实验报告 2012/05/21
实验一：土的重度、含水率试验 实验名称：土的重度、含水量实验实验成绩： 实验同组人：罗**、白**、方**、王**、张**、符** 实验教师签名： 实验地点：城建西301 实验日期：2012年 03 月 28 日 实验目的： 1.熟悉土工实验中环刀、天平、烘箱等基本设备的操作方法； 2.通过本试验掌握土体的天然含水率试验方法，了解含水率指标在工程中的应用，并配合其它试验计算土的干密度、孔隙比及饱和度等其它指标； 3.通过本试验掌握土体的天然密度试验方法，了解天然密度指标在工程中的应用，并配合其它试验计算土的干密度、孔隙比及饱和度等其它指标。并初步了解土体密度大小与土的松紧程度、压缩性、抗剪强度的关系。 实验原理： 土体中的自由水和弱结合水在105℃～110℃的温度下全部变成水蒸气挥发，土体粒质量不再发生变化，此时的土重为土颗粒质量加上强结合水质量，将挥发掉的水份质量与干土质量之比为土体含水率。即土体含水率是指土颗粒在105℃～110℃的温度下烘干（或酒精烧干）至恒重时所失去的水份质量与烘干土质量的比值，用百分数表示。 单位体积土体质量称做土的密度，定义式为： p 0=m /V 式中：ρ －土样湿密度（g/cm3）； m －土样质量（g）； V－土样体积（cm3）。 实验室内直接测量的密度为湿密度(对原状土称作天然密度)。 ω0=m w/m s 式中：ω —土样含水率(％)； m w —土体所失去水分的质量(g)； m s —烘干后土颗粒质量(g)。 实验仪器设备（实验条件）： 1.恒温烘箱：恒温范围在105℃～110℃，温度控制精度高于±2℃； 2.天平：称量200g，最小分度值0.01g； 3.其它工具：铝盒(称量盒)、开土刀、干燥器、温度计等。 （a）环刀：内径61.8mm和79.8mm，高20mm； （b）天平：称量500g，最小分度值0.1g的天平； （c）其它工具：切土刀，玻璃板、钢丝锯，凡士林等 实验过程（内容、步骤、原始数据等）： (1)实验内容：
荡秋千原理
《荡秋千原理》 “荡秋千”原理1：秋千所荡到的高度与每一次加力是分不开的，任何一次偷懒都会降低你的高度，所以动作虽然简单却依然要一丝不苟地“踏实”。 每个人都会做却又不屑于做的动作和事情，贯穿于整个日常生活，甚至你完成了这样的一个动作，自己都不记得。比如你每天都会把垃圾袋带出去扔掉，你会记得你用怎样的动作扔掉的吗？这也正像全世界都谈论“变化”“创新”等等时髦的概念时，“踏实”是每个人都能够做到的，可是你真正做到了新含义的“踏实”了吗？ 先看一个事例： 美西战争爆发以后，美国必须立即跟西班牙的反抗军首领加西亚取得联系。加西亚将军掌握着西班牙军队的各种情报，可他却在古巴丛林的山里，没有人知道确切的地点，所以无法联络。然而，美国总统又要尽快地获得他的合作。一名叫作罗文的人被带到了总统的面前，送信的任务交给了这名年轻人。 一路上，罗文在牙买加遭遇过西班牙士兵的拦截，也在粗心大意的西属海军少尉眼皮底下溜过古巴海域，还在圣地亚哥参加了游击战，最后在巴亚莫河畔的瑞奥布伊把信交给了加西亚将军。而罗文被奉为英雄。 这就是2000年被美国《哈奇森年鉴》和《出版商周刊》评为“有史以来世界最畅销图书”第六名的《致加西亚的信》。 只要你仔细琢磨，就会发现罗文所做的事情一点也不需要超人的智慧，只是一环扣一环地前进，也就是我们常说的“一步一个脚印”。踏实地做事并不等于原地踏步、停滞不前。它需要的是有韧性而不失目标，时刻在前进，哪怕每一次仅仅延长很短的、不为人所瞩目的距离。 “突然”的成功大多来自这些前进量微小而又不间断的“脚踏实地”。 作者：缎素素回复日期：2004-10-1317:27:22 “荡秋千”原理2：后一次所达到的高度与前一次是分不开的，环环相扣的“踏实”可以达到分散几次望尘莫及的效果。 “踏实”不是放弃思考的权利。 你也许会说，做这样琐屑的事情也会积攒出成功吗？那么我们来看一下身边的同龄人的故事吧！ 大学时读经济管理的赵小姐来公司已经半年了，她的职位是财务助理，实际上更类似于一个打杂的。赵小姐每天面对的是形形色色的报表，而她只需要把这一摞报表复印、装订成册即可。在财务人员忙得不可开交时，她会去凑个手。 面对这样凌乱而且不太可能有发展机会的工作，你是不是得过且过，然后寻找一个机会跳槽？我们来看一下赵小姐的做法。 在她复印并装订报表的时候，先仔细地过目各种报表的填写方法，逐步地用经济学分析公司的开销，并结合公司的一些正在实施项目，揣度公司的经济管理。工作第八个月的时候，赵小姐书面汇报了公司内部一些不合理的经济策略，并提出相应的整改意见。现在的她，已经是公司的高层决策人。 很显然，处理和分析日常琐屑体现了一个人的能动力。也就是说，在折纸、摆谷粒这样简单的动作中，要自主地发挥本身具有的内涵。你要能够在很基础很凌乱的事情中保持冷静的分析、思考，这样你才会把自己所做的升华为成功。否则，就算你再踏实，日复一日只是单纯的重复罢了。
土力学实验报告
土力学 实验报告 姓名 班级 学号
含水量实验 一、实验名称：含水量实验 二、实验目的要求 含水量反映了土的状态，含水量的变化将使土的一系列物理力学性质指标 也发生变化。测定土的含水量，以了解土的含水情况，是计算土的孔隙比、液性指数、饱和度和其他物理力学性质指标不可缺少的一个基本指标。 三、试验原理 土样在100~105℃温度下加热，途中自由水首先会变成气体，之后结合水也会脱离土粒的约束，此时土体质量不断减少。当图中自由水和结合水均蒸发脱离土体，土体质量不再变化，可以得到固体矿物即土干的重。土恒重后，土体质量即可被认为是干土质量m s ，蒸发掉的水分质量为土中水质量m w =m-m s 。 四、仪器设备 烘箱、分析天平、铝制称量盒、削土刀、匙、盛土容器等。 五、试验方法与步骤 1.先称量盒的质量m 1，精确至0.01g 。 2.从原状或扰动土样中取代表性土样15~30g （细粒土不少于15g ，砂类土、有机质土不少于50g ），放入已称好的称量盒内，立即盖好盒盖。 3.放天平上称量，称盒加湿土的总质量为m 0+m ，准确至0.01g 。 4.揭开盒盖，套在盒底，通土样一样放入烘箱，在温度100~105℃下烘至质量恒定。 5.将烘干后的土样和盒从烘箱中取出，盖好盒盖收入干燥器内冷却至室温。 6.从干燥器内取出土样，盖好盒盖，称盒加干土质量m 0+m s （准确至0.01g ） 。 六、试验数据记录与成果整理 含水量试验（烘干法）记录 计算含水量：%100) () ()(000?++-+= s s m m m m m m w 实验日期 盒质量 m 0/g 盒+湿土质 量（m 0+m ）/g 盒+干土质 量（m 0+m s ） /g 水质量/g 干土质量m s /g 含水量w/% 1 2 3 4=2-3 5=3-1 4/5
现代力学基础报告-荡秋千
现代力学基础报告荡秋千中的力学问题分析 学院名称 学号 学生姓名 2016年12月
1 建立力学模型 首先我们简单介绍一下单摆问题。单摆在生活中十分常见，如钟摆，其力学模型如图1所示.系统由质量不计、不可伸长的细线和固定在摆线一端直径远小于摆线长度的小球组成。摆线与竖直方向夹角记为a ，其运动微分方程为： 当最大摆角a 小于5°时，a sina ，其运动微分方程为 对于荡秋千问题，如果把人和秋千组成的系统看作一个摆, 摆线在O 点处是固定的, 摆线自身的伸缩和摆线的质量忽略不计.设想人在最大偏转角处迅速下蹲, 在最低点处迅速站立,下蹲和站立的过程都在瞬间完成.人体的下蹲和站立导致了系统质心的升降, 相当于有效摆长改变.这样, 我们就把人和秋千组成的系统抽象为一个摆长可变的原摆, 称之为可变摆长原摆模型，如图2所示。 在完成一次摆动的过程中，人质心经历的变化为：，其中人站立时的有效摆长 ，人下蹲时的有效摆长 。 2 运动过程分析 现在我们把人、秋千和地球所组成的系统作为研究对象, 这样在荡秋千的全过程中, 系统所受到的外力只有悬点的约束反力, 其值与摆线张力T 相同, 为一 图1 单摆的力学模型 图2 荡秋千的力学模型
变力。但是, 因为悬点固定, 此外力并不做功。重力为保守力, 使人下蹲和站起的力为非保守内力。根据功能原理:“一切外力与非保守内力所作功之和等于质点系机械能的增量。”因为 外力并不做功, 所以有非保守力做的功A= E.现在我们来研究图1 所示的可变摆 长单摆模型的第一次摆动。 首先，: 然后，:该过程机械能守恒， 然后最低点站立，, 因此过程中重力和张力对悬点O 的力矩为0 , 所以 动量矩守恒。所以 在此过程中人体内力所作的功一部分转化为系统的重力势能, 而另一部分转化为动能。 然后，，人体无变形, 系统机械能守恒，所以 第一次过程非保守力做的功 系统机械能增量 由上可知，经过一次摆动，系统质心升高，由功能原理知
土力学实验报告(最终版)
《土力学与基础工程》 土 工 实 验 报 告 书 学院：环资学院 班级：地质1301班 姓名：郑 学号： 时间：
目录 实验一侧限压缩实验.................................................................................. 错误!未定义书签。1实验目的 ........................................................................................................ 错误!未定义书签。2实验原理 ........................................................................................................ 错误!未定义书签。3仪器设备 ........................................................................................................ 错误!未定义书签。4操作步骤 ........................................................................................................ 错误!未定义书签。5实验数据整理 ................................................................................................ 错误!未定义书签。实验二直接剪切实验.................................................................................. 错误!未定义书签。1土的抗剪强度及实验方法............................................................................. 错误!未定义书签。 土的抗剪强度......................................................................................... 错误!未定义书签。 实验目的................................................................................................... 错误!未定义书签。 实验原理................................................................................................... 错误!未定义书签。 2 直接剪切实验步骤........................................................................................ 错误!未定义书签。 仪器设备................................................................................................. 错误!未定义书签。 操作步骤................................................................................................. 错误!未定义书签。 实验数据整理......................................................................................... 错误!未定义书签。 三、三轴压缩实验............................................................................................ 错误!未定义书签。 1实验目的................................................................................................ 错误!未定义书签。 2实验原理................................................................................................ 错误!未定义书签。 3实验设备................................................................................................ 错误!未定义书签。 4实验步骤................................................................................................ 错误!未定义书签。 5计算与绘图............................................................................................ 错误!未定义书签。 6实验记录................................................................................................ 错误!未定义书签。 四、实验总结 ................................................................................................... 错误!未定义书签。
中国木结构古建筑榫卯连接节点抗震性能研究进展
中国木结构古建筑榫卯连接节点抗震性能研究进展 【摘要】:榫卯连接是中国木结构古代建筑的重要特征。由于在地震作用下，梁柱等构件一般会处于弹性工作状态，节点的抗震性能就决定了整个建筑的安全，因此该领域已成为古建筑保护工作的研究热点方向。对中国古代建筑榫卯节点抗震性能研究进展情况进行了梳理，并提出了相应的见解。 【关键词】:木结构古建筑；榫卯连接节点；抗震性能；研究 引言 中国木结构古建筑具有良好的抗震性能，迄今尚存有许多已逾千年的建筑遗存，虽经历了许多地震灾害作用而仍能挺然直立的事实就是明证。一个结构减震耗能能力的大小，是其抗震性能好坏的重要标志。榫卯连接方式与斗棋结构是中国木结构古建筑的主要结构特征，也是中国古建筑区别于世界它系建筑结构的主要标志。在地震作用下，作为重要结构特征的榫卯节点与斗棋的抗震机制是一个值得深入研究的问题。 一、榫卯结构及其分类 榫卯结构是建筑或家具中相连接的两构件上采用的一种凹凸处理接合方式。凸出部分叫榫(或榫头);凹进部分叫卯(或榫眼、榫槽)。这种形式在我国传统建筑与家具中达到很高的技艺水平，同时也常见于其他木、竹、石制的器物中。我国古建筑家具把各个部件连接起来的“榫卯”做法，是建筑家具造型的主要结构方式。各种榫卯做法不同，应用范围不同，但它们在每处建筑或每件家具上都具有形体构造的“关节”作用 几十种不同的“榫卯”，按构合作用来归类，大致可分为三大类型: 一类主要是作面与面的接合，也可以是两条边的拼合，还可以是面与边的交接构合。如“槽口榫”、“企口榫”、“燕尾榫”、“穿带榫”、“扎榫”等。如图（1）所示： 图（1） 另一类是作为“点”的结构方法。主要用于作横竖材丁字结合，成角结合，交叉结合，以及直材和弧形材的伸延接合。如“格肩榫”、“双榫”、“双夹榫”、“勾挂榫”、“锲钉榫”、“半榫”、“通榫”等等。如图（2）： 图（2）
流体力学与传热学
1、对流传热总是概括地着眼于壁面和流体主体之间的热传递，也就是将边界层的（热传导）和边界层外的（对流传热）合并考虑，并命名为给热。 2、在工程计算中，对两侧温度分别为 t1,t2 的固体，通常采用平均导热系数进行热传导计算。平均导热系数的两种表示方法是或。答案；λ = 3、图 3-2 表示固定管板式换热器的两块管板。由图可知，此换热器为或。体的走向为 管程，管程流 1 1 4 2 2 3 3 5 图 3-2 3-18 附图答案：4；2 → 4 → 1 → 5 → 3；3 → 5 → 1 → 4 → 2 4、4.黑体的表面温度从 300℃升至 600℃，其辐射能力增大到原来的（5.39）倍. 答案: 5.39 分析: 斯蒂芬-波尔兹曼定律表明黑体的辐射能力与绝对温度的 4 次方成正比, ? 600 + 273 ? 摄氏温度,即 ? ? =5.39。 ? 300 + 273 ? 5、 3-24 用 0.1Mpa 的饱和水蒸气在套管换热器中加热空气。空气走管内， 20℃升至 60℃，由则管内壁的温度约为（100℃） 6、热油和水在一套管换热器中换热，水由 20℃升至 75℃。若冷流体为最小值流体，传热效率 0.65，则油的入口温度为 (104℃)。 7、因次分析法基础是 (因次的一致性)，又称因次的和谐性。 8、粘度的物理意义是促使流体产生单位速度梯度的(剪应力) 9、如果管内流体流量增大 1 倍以后，仍处于滞流状态，则流动阻力增大到原来的(2 倍) 10、在滞流区，若总流量不变，规格相同的两根管子串联时的压降为并联时4 倍。 11、流体沿壁面流动时，在边界层内垂直于流动方向上存在着显著的（速度梯度），即使（粘度）很小，（内摩擦应力）仍然很大，不容忽视。 12、雷诺数的物理意义实际上就是与阻力有关的两个作用力的比值，即流体流动时的（惯性力）与（粘性力）之比。 13、滞流与湍流的本质区别是（滞流无径向运动，湍流有径向运动） 二、问答题：问答题： 1、工业上常使用饱和蒸汽做为加热介质而不用过热蒸汽，为什么？答：使用饱和蒸汽做为加热介质的方法在工业上已得到广泛的应用。这是因为饱和蒸汽与低于其温度的壁面接触后，冷凝为液体，释放出大量的潜在热量。虽然蒸汽凝结后生成的凝液覆盖着壁面，使后续蒸汽放出的潜热只能通过先前形成的液膜传到壁面，但因气相不存在热阻，冷凝传热的全部热阻只集中在液膜，由于冷凝给热系数很大，加上其温度恒定的特点，所以在工业上得到日益广泛的应用。如要加热介质是过热蒸汽，特别是壁温高于蒸汽相应的饱和温度时，壁面上就不会发生冷凝现象，蒸汽和壁面之间发生的只是通常的对流传热。此时，热阻将集中在靠近壁面的滞流内层中，而蒸气的导热系数又很小，故过热蒸汽的对流传热系数远小于蒸汽的冷凝给热系数，这就大大限制了过热蒸汽的工业应用。 2、下图所示的两个 U 形管压差计中,同一水平面上的两点 A、或 C、的压强是否相等？ B D P1 A P2 p 水 B C 空气 C 水银图 1－1 D 水 P1 1－1 附图 P2 A B D p h1 。 答：在图 1—1 所示的倒 U 形管压差计顶部划出一微小空气柱。空气柱静止不动，说明两侧的压强相等，设为 P。由流体静力学基本方程式： p A = p + ρ空气 gh1 + ρ水 gh1 p B = p + ρ空气 gh1 + ρ空气 gh 1 Q ρ水 > ρ空气 p C = p + ρ空气 gh1 ∴ p A> pB 即 A、B 两点压强不等。而
2016土力学实验报告详解
吉林铁道职业技术学院 土力学实验报告 班级________________ 学号：________________ 姓名：________________ 小组：
实验一土的颗粒分析实验 一、目的与适用范围 颗粒分析试验就是测定土中各种粒组所占该土总质量的百分数的试验方法，可分为筛析法和沉降分析法。其中沉降分析法又有密度计法和移液管法等。对于粒径大于0.075mm的土粒可用筛分析的方法来测定，而对于粒径小于0.075mm 的土粒则用沉降分析方法来测定。 这里我们仅对筛析法进行介绍。 二、筛析法 筛析法就是将土样通过各种不同孔径的筛子，并按筛子孔径的大小将颗粒加以分组，然后再称量并计算出各个粒组的质量占该土总质量的百分数。筛析法是测定土的颗粒组成最简单的一种试验方法，适用于粒径小于、等于60mm，大于0.075mm的土。 （一）仪器设备 1、分析筛； ①圆孔粗筛，孔径为60mm，40mm，20mm，10mm，5mm和2mm。 ②圆孔细筛，孔径为2mm，1mm，0.5mm，0.25mm，0.075mm。 2、称量1000g、最小分度值0.1g的天平；称量200g、最小分度值0.01g的天平； 3、振筛机； 4、烘箱、量筒、漏斗、研钵、瓷盘、不锈钢勺等。 （二）操作步骤 先用风干法制样，然后从风干松散的土样中，用四分法按下表称取代表性的试样，称量准确至0.1g，当试样质量超过500g时，称量应准确至1g。 筛析法取样质量
（1）将按上表称取的试样过孔径为2mm的筛，分别称取留在筛子上和已通过筛子孔径的筛子下试样质量。当筛下的试样质量小于试样总质量的10%时，不作细筛分析；当筛上的试样质量小于试样总质量的10%时，不作粗筛分析。 （2）取2mm筛上的试样倒入依次叠好的粗筛的最上层筛中，进行粗筛筛析，然后再取2mm筛下的试样倒入依次叠好的细筛的最上层筛中，进行细筛筛析。细筛宜置于振筛机上进行震筛，振筛时间一般为10~15min。 （3）按由最大孔径的筛开始，顺序将各筛取下，称留在各级筛上及底盘内试样的质量，准确至0.1g。 （4）筛后各级筛上及底盘内试样质量的总和与筛前试样总质量的差值，不得大于试样总质量的1%。 2、含有细粒土颗粒的砂土 （1）将按上表称取的代表性试样，置于盛有清水的容器中，用搅棒充分搅拌，使试样的粗细颗粒完全分离。 （2）将容器中的试样悬液通过2mm的筛，取留在筛上的试样烘至恒量，并称烘干试样质量，准确至0.1g。 （3）将粒径大于2mm的烘干试样倒入依次叠好的粗筛的最上层筛中，进行粗筛筛析。按由最大孔径的筛开始，顺序将各筛取下，称留在各级筛上及底盘内试样的质量，准确至0.1g。 （4）取通过2mm筛下的试样悬液，用带橡皮头的研杆研磨，然后再过0.075mm筛，并将留在0.075mm筛上的试样烘干至恒量，称烘干试样质量，准确至0.1g。 （5）将粒径大于0.075mm的烘干试样倒入依次叠好的细筛的最上层筛中，进行细筛筛析。细筛宜置于振筛机上进行震筛，振筛时间一般为10~15min。 （6）当粒径小于0.075mm的试样质量大于试样总质量的10%时，应采用密度计法或移液管法测定小于0.075mm的颗粒组成。 实验一土的筛分实验报告 1、实验目的： 2、实验仪器设备： 3、实验方法：
榫卯结构种类及图片详解
榫卯结构种类及图片详解 Prepared on 22 November 2020
榫卯结构在中国的运用具有悠久的历史，是中国的一大特色。许多明清时期的红木家具距今已几百年的历史了，虽略显陈旧，但家具整体的结构仍然完好如初，其中，榫卯结构可是功不可没的。传统红木家具各连接部位，一律以榫卯相接，不仅严谨、牢固，还有装饰作用。榫卯结构的种类很多，就其使用的部位、功能和形态而言，大体可分为明榫、暗榫、套榫、夹头榫、插肩榫、抱肩榫、钩挂榫、燕尾榫、楔钉榫及走马销等。 燕尾榫结构图 燕尾榫：相传为鲁班发明，被后世尊称为“万榫之母”，是明清家具中不可缺少的榫卯连接法。燕尾榫是指两块平板直角相接时，为了防止受拉力时脱开，将榫头做成梯台形，形似燕尾，故名“燕尾榫”。
明榫结构图 明榫：制作好家具之后，在家具的表面能看到榫头的称为明榫。明榫多用在桌案板面的四框和柜子的门框处。 暗榫结构图 暗榫：制作好家具之后，在家具的表面不能看到榫头的称为暗榫，也称“闷榫”。暗榫的形式多种多样，就直材角结合而言，就有单闷榫和双闷榫之分。明式和靠椅的椅背搭脑和扶手的转角处常用暗榫。
楔钉榫结构图 楔钉榫：是用来连接弧形弯材的常用榫卯结构，它把弧形材截割成上下两片，将这两片的榫头交搭，同时让榫头上的小舌入槽，使其不能上下移动。然后在搭扣中部剔凿方孔，将一枚断面为方形，一边稍粗，一边稍细的楔钉插贯穿过去，使其不能左右移动。圈椅、的扶手一般都是使用楔钉榫。 套榫结构图套榫：椅子搭脑与腿料连 接时不用夹头榫，而是将腿料做成方形出榫，搭脑也相应的挖成方形榫眼，然后将二者套接，这类榫卯结构称为“套榫”。
浅述数字图像相关方法在土木工程测量中的应用
浅述数字图像相关方法在土木工程测量中的应用 发表时间：2019-07-23T15:48:31.213Z 来源：《基层建设》2019年第13期作者：彭连光 [导读] 摘要：随着我国社会经济的快速发展以及科学技术的日新月异，土木建设工程规模不断扩大化，结构更为复杂，如大型结构、桥梁等，导致土木工程测量需求日益增多。 身份证号码：37152519840910XXXX 摘要：随着我国社会经济的快速发展以及科学技术的日新月异，土木建设工程规模不断扩大化，结构更为复杂，如大型结构、桥梁等，导致土木工程测量需求日益增多。因此，提高土木工程测量精度和简化测量操作流程是亟待解决的问题。本文以数字图像相关技术为研究对象，分析其在土木工程测量中的应用前景，本文的研究成果有助于推动该技术在工程测量领域的发展。 关键词：数字图像相关方法；土木工程测量；应用研究 数字图像相关方法是一种现代化全场光学测量技术，具有非接触、非干涉的特点，已广泛的应用于航空航天、土木工程测量以及物体形变监测等领域[1]。该方法首先运用在二维测量中，采用单个摄像机进行测量，通过比较变形前后同一平面物体表面的两幅数字图像，匹配其对应点从而得到像面位移和应变。但在实际测量中，由于单个相机的局限性，要求相机垂直于被测物表面，同时被测物体表面的离面位移会对测量带来明显的误差，因此二维数字图像相关方法通常应用于平面物体的面内变形测量。而使用两个摄像机基于双目立体视觉原理的三维数字图像相关方法克服了这一局限，通过标定相机与物体之间的相对位置关系，可以重构出各种形状物体的三维形貌。数字图像相关方法是立足于数字图像处理技术和数值分析技术的光学测量技术，是通过拍摄并匹配变形前后数字图像中的各个控制点，获得物体表面形变信息的技术，与其他测量技术相比而言，该技术具有更加简便的操作流程，能够适用于更加宽泛的使用环境，所获得的精度也更高，因此，在土木工程测量中的应用越来越普遍。 1 数字图像相关方法的应用概况 随着光学信息技术、计算机技术、图像识别技术的快速发展，数字图像相关方法得到了快速发展，逐渐因其测量精度高、非接触全场测量、环境要求低、操作简便等优点而应用于各领域中，主要包含了以下几个方面：（1）对各种材料形变特征和力学性能的直接测量。在土木工程中常用到类型较多的金属材料、复合材料等，那么这些材料是否满足土木工程建设的基本需求，需要进行相应的测量实验。将数字图像相关方法应用于土木工程相关材料的表面形变和力学性能监测，可以获得全场形变信息，进而借助数值分析模块可以获得材料的力学参数，如热胀系数、断裂韧性、弹性模量、应力强度因子、泊松比、表面粗糙度等[2]。因此，该技术的应用推进了土木工程建设中对材料各种参数的精确把控，提高了材料的综合利用价值。（2）在工程结构实际测量中的应用。评估土木工程结构、构件的安全性和可靠度是评估土木工程建设质量的指标之一，将数字图像相关方法应用于工程结构监测中，可以获得结构位移或者应变形变信息，如大型桥梁墙式基础参数的监测等，在此基础上评估结构、构件的安全性和可靠度。（3）借助有限元分析方法获得物体实际表面的形变信息。土木工程建设中通常要借助有限元分析方法进行实验设计结构是否合理，将数字图像相关技术融合至有限元模型中，就可以实现理论、仿真、实验三者数据参数的紧密联系，进而提高模型改进质量，完善建设模型，对提高土木工程建设整体质量有着积极的推动意义。 2 数字图像相关方法在土木工程测量中的应用 数字图像相关方法在土木工程测量中的应用极为广泛，本文着重介绍该方法在木结构榫卯节点抗拉性能监测中的应用。众所周知，木结构建筑是我国具有民族特色的传统建筑物，一栋建筑物在没有一颗钉子的前提下可以经历数百年屹立不倒，显示出木结构强大的可靠性[3]。木结构中榫卯节点是建筑物承载的重要枢纽，因此，在研究木结构建筑物的力学性能时必须研究榫卯节点的力学特征。 2.1 应用条件分析 本文选用常用的杉木作为实验材料，按照传统木结构模型进行缩小比例尺制作，主要研究榫卯节点的力学性能变化以及形变信息。此外，纤维增强复合材料FRP 具有较高的强度、轻的质量等而广泛用于维修古建筑，在外侧涂抹防火涂料就可以实现既加固木质建筑物的目的，又达到了不破坏建筑外观的目的。因此，本文使用该材料作为研究实验的对照组，此外使用钢材对木质建筑物进行加固也是常用的方法之一，本文选用 Q235 钢进行实验。 2.2 加载及测量方案制定 为了尽可能的模拟木质建筑物构架柱脚的实际载荷，在底部增加单向铰支座，柱顶施加竖向载荷 20k N，并保持竖向载荷恒定不变。在实验过程中逐渐枋下侧单调向上加载，直至构建破坏为止。根据数字图像相关方法测量的参数要求，本文选择使用三维数字图像相关系统，并在实验模具表面用不同颜色的喷漆喷涂制成标志点，实验时采用 LED 直流光即可[4]。 2.3 实验结果对比分析 根据上述实验方案同步进行不同材料的实验，最终获得如下结论：对于木质榫卯节点而言，由于木材自身具有特异性，因此在载荷加载过程中的形变呈现出一定的差异性，但总体上破坏形态是一致的，也意味着木质结构的榫卯节点承载能力是大体相当的；随着载荷量的逐渐增加，榫卯节点边缘大约有 2.5mm 的拔出量，随着控制位移量的增加，榫头边缘的拔出量进一步增加。对纤维增强复合材料 FRP 制作成的节点而言，其形变特征以及拔出量与木质结构的榫卯节点变化差异较大，在载荷加载开始，节点转动刚度较大，承载力呈直线上升，随着载荷量的不断增加，纤维增强复合材料 FRP 榫卯节点的粘结胶逐渐剥落，当载荷持续增大时，纤维增强复合材料 FRP 材料逐渐出现褶皱并逐渐开始撕裂，进而承载能力下降[5]。综上所述，虽然纤维增强复合材料 FRP 材料属于脆性材料，但是由于木质材料具有独特的力学性能，将纤维增强复合材料 FRP 材料应用于木质结构建筑物的加固中，可以增强该材料的承载能力和延性。对照实验组使用钢材进行加固实验，当载荷加载开始时，加载处的承载力急剧上升，使得榫卯节点出现挤压现象，当载荷持续加载时，榫头上部挤压区变形较大，且钢箍在枋端连接段逐渐滑移，直至破坏。通过实验可知，采用钢材加固木质结构房屋，可以提高榫卯节点的极限承载力，虽然后期出现显著的滑移现象，但采用该种方法加固，可以进行拆卸，因此具有一定的应用前景。 3 结束语 综上所述，数字图像是一种非接触、全场变形测量技术，其相关方法在土木工程测量中具有极为宽泛的应用前景，在建筑物表面形变监测以及实验建筑材料力学参数等方面具有精度高、非接触、全场测量、环境适用性好、操作简便的优势，并且在实验过程中可以获得全场形变信息，具有广阔的应用前景。本文主要分析了数字图像相关方法在土木工程测量木质结构榫卯节点力学性能研究的应用，搭建适用于工程实际测量的自标定数字图像相关系统，并设计精度实验，通过两组对照组的研究表明，采用纤维增强复合材料 FRP 材料对木质结构