岳盈,王中平,祝巍,赵霞,张增明

• 1:中国科学技术大学国家级物理实验教学示范中心

摘要(Abstract)：

杨氏模量是表征材料弹性性能的基本物理量，在物理教学与工程应用中具有重要意义。本文设计并实现了一套基于3D打印技术的可调式弯梁法杨氏模量测量装置。该装置结构模块化，支撑跨度、试样接口及砝码加载方式均可灵活调整，能够适配不同截面形状的试样。为确保测量可靠性，本文还建立了基于该装置的完整测量方法和不确定度评估模型。对铝合金梁的实测结果为70.12(57)GPa，与标准值偏差在1%以内。而对非标准材料（意大利面4.540(50)GPa）的测量则进一步体现了装置在开放性实验中的适用性。进一步地，学生可利用3D打印自主设计不同截面形状的梁体，探究截面几何对抗弯刚度的影响，从而将实验从参数测量延伸为包含设计与分析的探究性任务。本研究为大学物理实验提供了低成本、灵活性的新方案，也为连接物理原理与工程实践搭建了桥梁。

关键词(KeyWords)： 杨氏模量;欧拉-伯努利梁理论;3D打印;不确定度

Abstract:

Keywords:

基金项目(Foundation): 中国科学技术大学教育教学改革研究项目（2025xjyxm054）;; 中央高校基本科研业务费专项资金资助（WK2030250131）

作者(Author): 岳盈,王中平,祝巍,赵霞,张增明

DOI: 10.27024/j.wlygc.2026.03.17.04

参考文献(References)：

• [1] TIMOSHENKO S,MACCULLOUGH G H.Elements of strength of materials[M].New Jersey:D.Van Nostrand Company,1949.
• [2] GERE J M,GOODNO B J.Mechanics of materials[M].Cengage Learning,2009.
• [3] 杨桂通.弹性力学[M].北京：高等教育出版社，2011.YANG G T.Elastic mechanics[M].Beijing:Higher Education Press,2011.(in Chinese)
• [4] 张增明.大学物理实验[M].北京：高等教育出版社，2024.ZHANG Z M.University physics experiments[M].Beijing:Higher Education Press,2024.(in Chinese)
• [5] 吴泳华，霍剑青，浦其荣.大学物理实验[M].北京：高等教育出版社，2005.WU Y H,HUO J Q,PU Q R.University physics experiments[M].Beijing:Higher Education Press,2005.(in Chinese)
• [6] BEVINGTON P R,ROBINSON D K.Data reduction and error analysis for the physical sciences[M].New York:McGraw-Hill,2003.
• [7] UGURAL A C.Stresses in beams,plates,and shells[M].Boca Raton:CRC Press,2017.
• [8] NASA.Metallic materials properties development and standardization (MMPDS-10)[R].USA:National Aeronautics and Space Administration,2015.
• [9] 岳盈，赵霞，赵伟，等.基于梁弯曲问题的弹性力学教学实践研究[J].物理与工程，2025,35(6):24-9,34.YUE Y,ZHAO X,ZHAO W,et al.A study of teaching practice in elasticity mechanics based on beam bending problems[J].Physics and Engineering,2025,35(6):24-9,34.
• [10] HEISSER R H,PATIL V P,STOOP N,et al.Controlling fracture cascades through twisting and quenching[J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,2018,115(35):8665-70.
• [11] JIANG S,ZHU M,ZENG X,et al.Analysis of Mechanical Texture of Straight Thread-Like Pasta Based on Compressive Rod Post-Buckling[J].Food Science,2012,33(23):83-7.