实验固体力学的特点是力学与新技术紧密交叉，除了具有力学研究的基础性外，又具有技术性与工程应用的特征。实验固体力学在早期也称为实验应力分析，是用实验分析方法确定物体（如工程构件）在受力时的应力状态。在固体力学各分支中（如弹性力学、塑性力学、断裂力学、复合材料力学等），常用实验应力分析方法研究应力分布基本规律，为发展新理论提供依据。在工程领域内，它又是提高设计质量和进行失效分析的一种重要手段。有效地应用实验应力分析方法，不仅能提高工程结构的安全度和可靠性，还能减少材料消耗、降低生产成本和节约能源。但是，随着该学科研究领域和内容的拓展和深入，实验应力分析逐渐被实验固体力学所代替，并发展了新的理论、方法和技术。目前，实验固体力学的研究和应用领域，已从宏观的连续力学系统，扩展到了微纳米尺度、复杂系统，从传统的光弹性和电阻应变测量技术，发展到今天的数字化光学、声学、磁学、热学和图像技术，以及微纳米、光谱和射线、极端环境等特殊检测方法和技术。

实验固体力学的发展可以追溯到15世纪的达·芬奇，他在笔记本上画出了可能用来测试悬挂其画作绳索拉伸强度的方法。伽利略被公认为是力学尤其是近代实验科学的奠基人之一，也是第一个把实验引进力学的人。他在1632年出版的《关于两门新科学的谈话和数学证明》中阐述了梁的弯曲实验和理论分析，正确地断定梁的抗弯能力和几何尺寸的相似关系。英国的R.胡克完成了一系列不同长度线的拉伸实验，提出了弹性定律，即所谓的胡克定律：拉力与伸长成正比。该定律发现于1660年，发表于1678年。随后，C.-A.de库仑分析了实心杆的扭转，并于1773年提出了剪切的概念。T.杨通过实验在1807年提出了“材料的弹性模量”。后人为了纪念其贡献，把纵向弹性模量称为杨氏模量。杨氏模量的引入曾被英国力学家A.E.H.洛夫誉为科学史上的一个新纪元。到19世纪初，实验固体力学技术已初步发展起来，与此同时《材料力学》这门基于实验和经验的学科也建立起来了。

到19世纪后半期，在C.-L.–M.-H纳维、S.-D泊松、A.–L.柯西、G.拉梅、A.J.C.B.de圣维南等人的努力下，已发展起来的弹性理论，要求和推动实验力学在更小、更精细的基础上验证新理论。同时由于第一次及第二次工业革命的发展，也要求人们去测量结构和构件上微小范围内的变形、确定应变和应力，并解决工程实际问题。尤其是20世纪上半叶，航空航天、造船、铁路和武器的研究，倡导力学研究向应用力学方向发展，这不但需要力学理论的分析，更需要先进、复杂的实验技术来支撑。那些简单的机械测量工具已不能满足测量要求，新的实验力学技术应运而生。主要的技术有电阻应变测量和光学测量技术。其中，电测技术可追溯到W.汤姆森在1856年的工作。他指出应变可以转换成电阻变化并用电学方法测量应变的可能性。1936~1938年，E.西蒙斯等人研制出了纸基丝绕式电阻应变片。1952年，P.杰克逊研制出第一批箔式电阻应变片。1954年，C.瑞姆斯发现锗与硅半导体中的压阻效应，而在1957年出现了第一批半导体应变片。至今，各种规格的电阻应变片有上万种。电阻应变测量方法可用来测量实物与模型的表面应变，灵敏度较高。因此，电阻应变测量技术已成为实验应力分析中应用最广的一种方法。在光测力学中，光测弹性力学发展最早，起源于1816年前后，S.布儒斯特等人发现在载荷作用下玻璃板在偏振光场中出现彩色条纹，而且这些条纹的分布与板的几何形状及所受载荷有关。1852年，J.C.麦克斯韦等人建立了应力-光学定律。到1931年，E.G.柯克和L.N.G.菲伦出版了《光测弹性力学》一书，标志着光测弹性力学的发展和应用的开始。从20世纪30～80年代，光测弹性力学逐渐成为早期实验应力分析的主要方法。1948年，R.韦勒等人首先将云纹方法用于应变测量，在50年代，云纹方法又被用来测量位移和斜率，从而逐渐发展成为一类光学测量方法。由于云纹方法的实质是利用遮光原理实现位移或应变测量，其机理完全可以用几何光学和初等几何给予揭示，此时的云纹技术也被称为几何云纹。在光弹性力学和几何云纹技术发展的同时，英国物理学家D.伽柏在1948年提出了全息照相术，并发表在当年的自然杂志上。这一研究使他荣获了1971年度的诺贝尔物理学奖。伽柏发明全息术的目的是用全息术的无透镜成像特点实现显微图像的无像差成像，从而提高显微成像质量。但是由于缺乏相干光源，伽柏全息术并没有获得预期的结果。1960年，T.H.梅曼发明了激光器。随着这一人造相干光源的出现，1962年，E.N.利思首次实现了离轴全息术，并拍摄了第一张可供实用的激光全息图。全息干涉术成为60～80年代主流的光学干涉技术之一，可实现物体的位移、形貌、振动等多种物理和力学量的全场无损测量。随后，全息干涉法与光弹性方法相结合，形成了全息光弹方法。在用激光做全息图时，因相干光漫射过程中形成了随机分布的斑点，称为散斑，被视为噪声。后来发现它们带有物体的有用信息，从而发展出散斑干涉术。进一步发展用计算机图像提取散斑图的信息，不论散斑是干涉形成的，还是人为制作的，从而获得了广泛的应用。将激光技术应用于光测力学，使得全息干涉，云纹干涉，以及后来发展的散斑干涉，成为20世纪中后期最重要的光学测量技术。

自20世纪开始，由于光、电子技术的发展，新的实验技术相继诞生，实验固体力学成为解决工程和理论问题的一门独立学科，发展了众多基于电、光、声、磁等的检测方法和技术，尤其以电阻应变测量技术、现代光学测量技术、声检测技术、磁测试技术、红外与热测试技术、图像测量与识别技术等成为现代实验固体力学的主导技术。而微纳米实验力学、射线与光谱技术、实验力学中的传感器技术、智能材料与结构实验力学、冲击动力学实验技术、高温实验力学方法与技术、疲劳和断裂测试方法和技术、太赫兹实验力学测试方法和技术、大结构变形检测与分析技术，以及基于测量数据的识别与反演分析技术等则是从20世纪后期开始实验固体力学新的研究领域和发展的专门方向。

实验固体力学的研究包含四个方面的内容：实验理论、实验技术、实验设备和实验应用。

进行实验室模拟实验的基础，任何模拟实验都必须首先回答模拟实验是否可靠的问题。同时，任何模拟实验都不可能百分百地模拟实物试验。在不能做到完全相似时，如何进行实验，这些都是实验理论中相似理论应该回答的问题。另外，随着检测对象复杂程度的增加和检测环境的影响，如何判断使用的实验方法和技术的有效性，如何从大量的或耦合的检测数据中分离被测的物理量，确认实验的可靠性，进行误差分析等是实验理论研究的问题。

实验力学中最主要的研究内容。除了原有的各种实验技术外，物理、电子、材料、化学、生物以及计算机、信号与图像等学科的各种新技术被不断的引入力学实验中，大大地丰富了实验固体力学的内容。实验技术的研究主要涉及检测技术的原理、方法，到最后直接测量与物理或力学量的确定。有些力学量可以被直接测量，如位移、应变等，有些则需要通过相关的变换、标定、比对等方法确定。

实验室实验是实验力学发展过程中的一大进步，同时也带来了如何研制实验设备的问题。事实上，这些设备用途不同，原理各异。通常需要根据检测对象及环境的需求，选择合理的测量方法和技术进行仪器研制，并在应用中不断地进行考核、修正和改进。因此，实验设备的研究，不仅要求研制者具有深入的实验力学专业知识，还要具备机械、计算机、信号与图像等方面的知识和技能。

用实验力学的方法和技术具体解决各种力学问题。通常可以将其分为两类：其一是材料力学性能测量与分析，主要目的是确定材料的各种力学参数以及实现材料或结构中的应力分析，涉及基本的力学参数如模量、泊松比、弹性极限、屈服强度、断裂强度等的确定，以及本构模型、破坏准则等关系中所涉及的系数等。对于复杂几何形状的结构，进行关键部位或全场位移测量与应力分析。其二是通过实验研究，验证新理论、发现新现象。

实验固体力学研究内容主要包括实验固体力学的测量原理、方法与技术，实验测量装置与设备，以及实验固体力学在基础研究和工程技术中的应用。经过长期的发展，已拥有电阻应变测量、光学测量、磁测和声测等基本门类的测量方法和技术。根据测量对象、环境和学科交叉等特点，发展了若干重要的分支方法和技术，它们在科学技术和工程应用领域得到了广泛的应用。

用应变片测量构件表面的应变，再根据应力应变关系确定构件表面应力状态的一种实验应力分析方法。电阻应变测量是物体应变测量的主要方法，也是实验固体力学中最成熟的测量技术，已广泛应用在各种物理量的测量中。

实验固体力学的重要组成部分。光测力学领域的测量方法和技术包括光弹性法、全息干涉、散斑技术、云纹技术、焦散线法，以及相干梯度敏感法等。

实验固体力学中直接进行应力分析的实验方法。它利用光弹性材料的暂时双折射现象，以应力光学定律为基础，通过偏振光场干涉获得全场光弹性条纹图，得到等倾线、等差线，进而实现应力分析。在光弹性的发展中，为了获得平面和三维应力状态，分别发展了斜射光弹法、光弹性应力冻结法、光弹性贴片法、光弹性散光法等。自20世纪80年代以后，随着光弹性数据采集与分析处理的自动化，逐渐形成数字光弹性方法。光弹性技术已推广到断裂力学、复合材料应力波传播、爆炸力学、三维动力学问题的研究等。

以全息成像理论为基础发展起来的全场光学计量技术。全息成像是一种基于波前记录与重建的光学成像技术。它利用光场的干涉完成波前记录，即形成全息图，再用全息图作为衍射元件实现波前重建。这种将干涉与衍射集于一体的光学成像技术不仅给出了成像物体的振幅信息，而且能同时给出其波前的相位信息，即通常所说的立体像或三维像。把至少有一束来自全息图再现的重建光波参与的干涉称为全息干涉。全息干涉计量是通过对全息干涉条纹或其相位的分析获得物体表面位移或变形信息的一门现代计量学科。在全息干涉领域发展了很多测量技术，主要包括：双曝光全息干涉、实时全息干涉、时间平均全息干涉、实时时间平均全息干涉、频闪全息干涉。随着数字图像技术的发展，在20世纪90年代初又发展了数字全息干涉技术，显微全息成像是其发展最快的方向之一。

又称散斑计量，是实验固体力学中应用最广泛的光学测量技术之一。它利用相干光照射在粗糙的物体表面，在空间所形成的明暗斑点，即所谓的散斑效应，或在非相干条件下物体表面自然存在的或人造散斑，实现物体表面位移和变形检测。在散斑技术的早期发展中，最先提出的是类似于全息干涉的散斑干涉，然后是基于单光束成像的散斑照相技术，并迅速形成激光散斑照相和白光散斑照相。散斑照相也称单光束散斑干涉。20世纪70年代末，随着计算机和数字图像技术的发展，数字化散斑技术迅速扩展。电子散斑干涉，包括相移电子散斑干涉和载波电子散斑干涉、剪切散斑干涉、时间序列散斑干涉、数字散斑相关、数字图像相关等构成了散斑计量技术的主体框架。

将两块具有相同取向的结构重叠，透过它们观察即可以看到一组组条纹状的斑纹，这一组组条纹就是几何云纹。通过改变两块透明片的距离、方位和观察方向均可使云纹条纹产生相应的变化，于是在20世纪40年代末即将其用来作为测量位移和斜率的手段。从那时起，几何云纹法就逐渐发展起来并成为一种测量位移、应变和形貌的检测方法，并发展了测量面内位移或应变的面内云纹，以及离面位移或形貌的阴影云纹、投影云纹和结构光投影技术等。20世纪60～90年代，随着激光技术、计算机数字图像技术的发展，云纹干涉、数字逻辑云纹、显微云纹等的相继出现，云纹技术成为与全息干涉、散斑技术并列的现代三大光学检测技术之一。

利用几何光学映射关系，将物体几何特性或其应力集中区域的复杂变形状态转换成简单与清晰的阴影光学图形，进而定量确定相关的力学参量，如裂尖应力强度因子、接触应力、孔边应力集中等。

一种横向剪切全场光学干涉测量方法，具有透射和反射两种测量方式。该技术目前主要应用于断裂力学、表面形貌、应力奇异性等方面的研究。

包括声波发射与传感技术，是实验固体力学中用于材料力学性能测定和结构损伤检测的重要测量技术。它通过声波在均匀固体介质中传播时，遇到界面时会产生反射、折射和波型转换，进而测定材料性质或检测结构中的损伤。自20世纪末以来，人们在物理学上发现了压电材料的压电效应与逆压电效应，解决了声波的产生与接收的问题，促进了声波发射与传感技术的发展。特别是超声波在传播时，具有频率高、波长短、能量集中、穿透力强、指向性好的特点，相关技术的研究更是层出不穷。

实验固体力学重要的测量方法之一。它的主要原理是基于结构材料中的损伤、缺陷对其磁特性和漏磁场的影响，实现材料和结构中的缺陷检测和应力、损伤评价。主要包括漏磁检测、磁噪声检测和磁记忆检测等。磁测技术还包括磁导率、矫顽力、增量磁导率等磁性参数的测量和基于其测量结果的损伤和应力评价。

利用摄像机、照相机等光学设备对动态、静态景物或物体进行拍摄得到序列或单帧数字图像，再应用数字图像处理和分析技术并结合各种目标三维信息的求解，对目标结构参数或运动参数进行测量和估计的测量技术。

同步辐射光源是具有高亮度、高准直性、高穿透能力的新兴光源。具有无损、原位、三维成像能力，可用于微结构内部表征、演化分析和力学参量测量。

包括仪器化压入测量技术、微拉曼光谱力学测量技术、微纳米图像测量技术、探针测量技术，以及微机械系统（MEMS）力学测量技术等。

实验力学是力学学科中人们了解自然规律并从其获得第一手资料的学科。它是基础研究的出发点，并直接服务于工程，已广泛渗透到力学学科的各个领域。展望21世纪的实验固体力学，将更加重视先进实验理论、测量方法和技术的研究。现代智能技术、测控技术、数字图像技术和大数据传输与处理技术的发展将开拓新的实验测量和分析手段，而信息与微电子技术的飞速发展对先进实验力学设备的研制将起到巨大的推动作用。在新的形势下，实验固体力学首先立足于发掘新的实验力学测试理论和方法，注重基于新物理效应的测量原理研究，创立新的学科方向；其次，力学研究对象发生了极大的变化，微小尺度、极端条件、多场耦合、生命活动等给力学测量带来了巨大的挑战，实验固体力学需要结合新的力学理论，先进的数字与微电子技术，结合国家大科学工程，在进一步改进和提高已有的检测方法与技术的同时发展新一代系统化、专门化的实验力学方法及技术。微纳米实验固体力学、高温实验固体力学、智能材料与结构的实验力学、多场耦合与跨尺度实验固体力学方法、生物实验力学、谱线与射线力学实验技术等将成为今后研究的重点；加强实验仪器的研制和开发，发展基于大数据的测量数据识别与反演分析方法，以及推动学科交叉下的新型实验固体力学方法与技术的发展等将是今后实验固体力学的重要发展方向。