一種力學實驗裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種應用于實驗設備領域的力學實驗裝置，同時還涉及一種應用所述實驗裝置進行實驗的方法，所述的實驗裝置的立柱(2)底部一端與底座(1)連接，立柱(2)另一端與橫梁(3)連接，橫梁(3)兩端部分別設置用于放置砝碼(28)的砝碼支撐桿盤(4)，橫梁(3)位于立柱(2)兩側的部分分別粘貼應變片(29)，每個應變片(29)分別與靜態電阻應變儀(5)連接，本實用新型的實驗裝置，能夠方便快捷地進行橫梁的彎曲正應力測定、壓彎組合變形實驗、桁架的內力測定實驗、靜定結構內力測定、超靜定結構內力測定等多種力學實驗。同時，步驟簡便，操作簡單，能夠方便快捷地完成試驗，試驗結果準確可靠。
【專利說明】一種力學實驗裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于實驗設備【技術領域】，更具體地說，是涉及一種力學實驗裝置，本實用新型同時還涉及一種應用所述的實驗裝置進行實驗的方法。
【背景技術】
[0002]結構力學實驗教學常用的實驗裝置中，剛架或桁架相關的實驗裝置比較多見，其共同特點是裝置結構類型在試驗過程中是不能變化的。因此進行不同實驗時，需要制作不同的實驗裝置，這樣，不僅增加了試驗成本，而且進行不同實驗時，需要使用不同的實驗裝置，也增加了實驗室場地，影響實驗場地的使用效率。
實用新型內容
[0003]本實用新型所要解決的技術問題是:針對現有技術中存在的不足，本實用新型所提出的是一種能夠進行橫梁的彎曲正應力測定、壓彎組合變形實驗、桁架的內力測定實驗、靜定結構內力測定、超靜定結構內力測定等多種實驗的力學實驗裝置，本實用新型所述的實驗裝置，通過橫梁與立柱之間更換不同結構和截面尺寸的拉桿，實現不同類型結構之間的轉換，特別是在靜定與超靜定結構之間實現方便轉換。
[0004]要解決以上所述的技術問題，本實用新型采取的技術方案為:
[0005]本實用新型為一種力學實驗裝置，所述的裝置為一種力學實驗裝置，包括底座，立柱，橫梁，立柱底部一端與底座連接，立柱另一端與橫梁連接，橫梁兩端部分別設置用于放置砝碼的砝碼支撐桿盤，橫梁位于立柱兩側的部分分別粘貼應變片，每個應變片分別與靜態電阻應變儀連接。
[0006]所述的立柱位于底部的一端垂直連接在底座上，橫梁中間部位與立柱中間部位連接，橫梁與立柱之間呈T字形結構，立柱的立柱上端部與橫梁左端部和橫梁右端部之間分別設置左拉桿和右拉桿。
[0007]所述的橫梁左端部和橫梁右端部上各設置安裝一個連接耳，立柱上端部設置左卡孔和右卡孔，左拉桿和右拉桿兩端頭分別設置限位桿，左拉桿的兩個限位桿設置為能分別卡在橫梁左端部上的連接耳和左卡孔上的結構，右拉桿的兩個限位桿設置為能分別卡在橫梁右端部上的連接耳和右卡孔上的結構，左拉桿和右拉桿上分別粘貼應變片，橫梁左端部和橫梁右端部的四面分別粘貼應變片，每個應變片分別與靜態電阻應變儀連接構成測量電橋。
[0008]所述的立柱兩側分別設置左卡槽和右卡槽，橫梁包括左橫梁組件和右橫梁組件，左橫梁組件與立柱連接的一端設置左卡緊板，右橫梁組件與立柱連接的一端設置右卡緊板，左卡緊板和右卡緊板分別卡裝在左卡槽和右卡槽內，左卡槽和右卡槽兩側分別設置3個定位螺栓，定位螺栓設置為分別將左橫梁組件和右橫梁組件卡緊在左卡槽和右卡槽內的結構，當采用位于橫梁中心線上的I個定位螺栓連接時，構成鉸鏈連接，當采用3個定位螺栓連接時，構成固定端連接。
[0009]所述的左拉桿包括左桿件I和左桿件II，左桿件I和左桿件II之間通過調節螺桿
I連接，右拉桿包括右桿件I和右桿件II，右桿件I和右桿件II之間通過調節螺桿II連接，左拉桿和右拉桿上粘貼的應變片與靜態電阻應變儀連接構成測量電橋，所述的底座I設置為十字形結構。
[0010]本實用新型同時還涉及一種應用上述的力學實驗裝置進行靜定結構實驗的方法，所述的進行靜定結構實驗的步驟是:
[0011]將橫梁與立柱連接成T字形結構，3個定位螺栓都安裝上構成固定端，分2組同時進行實驗。將橫梁左端部和橫梁右端部的應變片接入靜態電阻應變儀的測量電橋，采用單臂半橋接法，即分別將橫梁左端部和橫梁右端部上的應變片為工作片，橫梁右端部應變片為溫度補償片，再選者不受載的應變片作為溫度補償片，分2組同時在橫梁左端部和橫梁右端部的砝碼支撐桿盤加載砝碼，采用等量逐級加載法，測量橫梁左端部和橫梁右端部的工作片的應變值，按照公式σ計算橫梁左端部和橫梁右端部工作片處的應力，分別與材料力學中的彎曲正應力計算結果比較，計算相對誤差，驗證計算公式正確性。此為梁的橫力彎曲正應力實驗。
[0012]所述的進行靜定結構實驗的步驟是:
[0013]I)將橫梁與立柱連接成T字形結構，只安裝位于橫梁中心線上的I個定位螺栓，構成鉸鏈連接，再安裝左拉桿和右拉桿，構成靜定三角架式結構，其中橫梁受壓縮與彎曲組合變形，左拉桿和右拉桿受拉伸變形。分別將橫梁左端部、橫梁右端部、左拉桿和右拉桿的應變片接入靜態電阻應變儀構成測量電橋，采用單臂半橋接法和等量逐級加載法，首先使用直徑為1mm的拉桿，測出左拉桿、右拉桿的應變，再按照σ =Εε計算工作片處的應力和拉桿的軸力，與材料力學拉伸變形的理論計算結果比較，計算相對誤差，同時測量橫梁左端部和橫梁右端部處的工作片的應變，與拉伸與彎曲組合變形的計算結果相比較，計算相對誤差;
[0014]2)在保持加載負荷不變的前提下，更換不同類型和尺寸的左拉桿和右拉桿，觀察左拉桿和右拉桿的軸力和左拉桿和右拉桿上的應變片的應變值有無變化；觀察橫梁左端部和橫梁右端部的應變片處應變有無變化，若無變化，說明靜定結構的內力與桿件材料和截面尺寸無關；
[0015]3)在保持加載負荷不變的前提下，調節左拉桿和右拉桿的長度，觀測橫梁左端部、橫梁右端部、左拉桿和右拉桿上的應變片的應變值有無變化；若無變化，說明靜定結構內力與左拉桿和右拉桿的制造誤差無關。
[0016]4)將左拉桿和右拉桿用桁架結構替代，重復上述步驟I)?2)，就是桁架結構的力學實驗。
[0017]本實用新型同時還涉及一種應用上述的力學實驗裝置進行超靜定結構實驗的方法，所述的進行超靜定結構實驗的步驟是:
[0018]I)將橫梁與立柱連接成T字形結構，3個定位螺栓都安裝上構成固定端，安裝左拉桿和右拉桿，構成超靜定三角架式結構；分別將橫梁位于立柱兩側的應變片接入靜態電阻應變儀的測量電橋；
[0019]2)采用單臂半橋接法和等量逐級加載法，測量左拉桿和右拉桿處的應變片的應變值，與結構力學中求解超靜定結構的方法得到的計算結果相比較，計算相對誤差；
[0020]3)保持加載負荷不變，轉動左拉桿和右拉桿上的調節手柄，伸長或縮短左拉桿和右拉桿長度，模擬左拉桿和右拉桿上制造誤差，觀察橫梁左端部、橫梁右端部處應變片的應變值有無變化，若有變化，說明超靜定結構的內力與左拉桿和右拉桿的制造誤差密切相關;
[0021]4)在保持加載負荷不變的前提下，更換不同類型和尺寸的斜拉桿，觀察橫梁左端部和橫梁右端部處應變片的應變值有無變化，若有變化，說明超靜定結構的內力與左拉桿和右拉桿的材料和截面尺寸有關。
[0022]采用本實用新型的技術方案，能得到以下的有益效果:
[0023]本實用新型所述的力學實驗裝置，通過改變立柱與橫梁的連接類型或更換不同結構和截面尺寸的左拉桿和右拉桿，實現不同類型結構之間的轉換，形成多功能的力學實驗裝置，能夠方便快捷地進行橫梁的彎曲正應力測定、壓彎組合變形實驗、桁架的內力測定實驗、靜定結構內力測定、超靜定結構內力測定等多種實驗，適用范圍廣，實驗步驟簡便，操作簡單，試驗結果準確可靠。本實用新型所述的實驗裝置采用對稱三角架式結構，結構緊湊，可2組實驗同時進行，提高了試驗效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]下面對本說明書各附圖所表達的內容及圖中的標記作出簡要的說明:
[0025]圖1為本實用新型所述的力學實驗裝置的正視結構示意圖；
[0026]圖2為圖1所述的力學實驗裝置的A-A面的剖視結構示意圖；；
[0027]附圖中標記分別為:1、底座；2、立柱；3、橫梁；4、砝碼支撐桿盤；5、靜態電阻應變儀；6、立柱上端部；7、橫梁左端部；8、橫梁右端部；9、左拉桿；10、右拉桿；11、連接耳；12、左卡孔；13、右卡孔；14、左卡槽；15、右卡槽；16、左橫梁組件；17、右橫梁組件；18、左卡緊板；19、右卡緊板；20、定位螺栓；21、左桿件I ;22、左桿件II ;23、調節螺桿I ;24、右桿件I ;25、右桿件II ;26、調節螺桿II ;27、限位桿；28、砝碼；29、應變片。
【具體實施方式】
[0028]下面對照附圖，通過對實施例的描述，對本實用新型的【具體實施方式】如所涉及的各構件的形狀、構造、各部分之間的相互位置及連接關系、各部分的作用及工作原理等作進一步的詳細說明:
[0029]如附圖1、附圖2所示，本實用新型為一種力學實驗裝置，所述的實驗裝置包括底座I，立柱2，橫梁3，立柱2底部一端與底座I連接，立柱2另一端與橫梁3連接，橫梁3兩端部分別設置用于放置砝碼28的砝碼支撐桿盤4，橫梁3位于立柱2兩側的部分分別粘貼應變片29，每個應變片29分別與靜態電阻應變儀5連接。通過改變立柱與橫梁的連接類型或更換不同結構、材料和截面尺寸的左拉桿和右拉桿，實現不同類型結構之間的轉換，形成多功能的實驗裝置，能夠方便快捷地進行橫梁的彎曲正應力測定、壓彎組合變形實驗、桁架的內力測定實驗、靜定結構內力測定、超靜定結構內力測定等力學實驗測量，由于采用對稱三角架式結構，可2組實驗同時進行，并且測量過程便捷，測量數據準確。
[0030]所述的立柱2位于底部的一端垂直連接在底座I上,橫梁3中間部位與立柱2中間部位連接，橫梁3與立柱2之間呈T字形結構，立柱2的上端部6與橫梁左端部7和橫梁右端部8之間分別設置左拉桿9和右拉桿10。左拉桿9和右拉桿10可以在實驗過程中更換為具有不同材料、不同截面形狀和尺寸拉桿，或更換為桁架結構形式的拉桿，便于進行力學測量。
[0031]所述的橫梁左端部7和橫梁右端部8上各設置安裝一個連接耳11，立柱上端部6設置左卡孔12和右卡孔13，左拉桿9和右拉桿10兩端頭分別設置限位桿27，左拉桿9的兩個限位桿27設置為能分別卡在橫梁左端部7上的連接耳11和左卡孔12上的結構，右拉桿10的兩個限位桿27設置為能分別卡在橫梁右端部8上的連接耳11和右卡孔13上的結構，左拉桿9和右拉桿10上分別粘貼應變片，橫梁左端部7和橫梁右端部8的四面分別粘貼應變片，每個應變片分別與靜態電阻應變儀5相連構成測量電橋。上述結構，實現了左拉桿和右拉桿的可靠連接，并且左拉桿和右拉桿拆卸安裝方便快捷，能夠有效提高實驗工作的開展。
[0032]所述的立柱2兩側分別設置左卡槽14和右卡槽15，橫梁3包括左橫梁組件16和右橫梁組件17，左橫梁組件16與立柱2連接的一端設置左卡緊板18，右橫梁組件17與立柱2連接的一端設置右卡緊板19,左卡緊板18和右卡緊板19分別卡裝在左卡槽14和右卡槽15內，左卡槽14和右卡槽15兩側分別設置3個定位螺栓20，定位螺栓20設置為分別將左橫梁組件16和右橫梁組件17卡緊在左卡槽14和右卡槽15內的結構。通過這樣的結構，能實現左橫梁組件16和右橫梁組件17分別與立柱兩側的可靠連接和拆卸，便于力學實驗工作方便進行。
[0033]所述的左拉桿9包括左桿件I 21和左桿件II 22，左桿件I 21和左桿件II 22之間通過調節螺桿I 23連接，右拉桿10包括右桿件I 24和右桿件II 25，右桿件I 24和右桿件II 25之間通過調節螺桿II 26連接，左拉桿9和右拉桿10上粘貼的應變片分別與靜態電阻應變儀5相連構成測量電橋。
[0034]所述的底座I設置為十字形結構，提高了底座放置時的穩定性。
[0035]本實用新型同時還涉及一種應用上述的力學實驗裝置進行靜定結構實驗的方法，能夠方便快捷地完成靜定結構實驗，所述的進行靜定結構實驗的步驟是:
[0036]將橫梁3與立柱2連接成T字形結構，3個定位螺栓都安裝上構成固定端，分2組同時進行實驗。將橫梁左端部7和橫梁右端部8的應變片接入靜態電阻應變儀5的測量電橋，采用單臂半橋接法，橫梁左端部7和橫梁右端部8上的應變片作為工作片，再選者不受載的應變片作為溫度補償片，在橫梁左端部7的砝碼支撐桿盤4加載砝碼，采用等量逐級加載法，測量橫梁左端部7和橫梁右端部8的工作片的應變值，按照公式σ E ε Jjw計算橫梁左端部7和橫梁右端部8工作片處的應力，分別與材料力學中的彎曲正應力計算結果比較，計算相對誤差，驗證計算公式正確性。此為梁的橫力彎曲正應力實驗。
[0037]I)將橫梁3與立柱2連接成T字形結構，只安裝位于橫梁中心線上的I個定位螺栓，構成鉸鏈連接，再安裝左拉桿9和右拉桿10，構成靜定三角架式結構，其中橫梁5受壓縮與彎曲組合變形，左拉桿9和右拉桿10受拉伸變形。分別將橫梁左端部7、橫梁右端部8、左拉桿9和右拉桿10的應變片接入靜態電阻應變儀5構成測量電橋，采用單臂半橋接法和等量逐級加載法，首先使用直徑為1mm的拉桿，測出左拉桿9、右拉桿10的應變，再按照σ =E ε計算工作片處的應力和拉桿的軸力，與材料力學拉伸變形的理論計算結果相比較，計算相對誤差，同時測量橫梁左端部7和橫梁右端部8處的工作片的應變，與拉伸與彎曲組合變形的計算結果相比較，計算相對誤差；
[0038]2)在保持加載負荷不變的前提下，更換不同類型和尺寸的左拉桿9和右拉桿10，觀察左拉桿9和右拉桿10的軸力和左拉桿9和右拉桿10上的應變片的應變值有無變化；觀察橫梁左端部7和橫梁右端部8的應變片處應變有無變化，若無變化，說明靜定結構的內力與桿件材料和截面尺寸無關；
[0039]3)在保持加載負荷不變的前提下，調節左拉桿9和右拉桿10的長度，觀測橫梁左端部7、橫梁右端部8、左拉桿9和右拉桿10上的應變片的應變值有無變化；若無變化，說明靜定結構內力與橫梁3制造誤差無關。
[0040]4)將左拉桿和右拉桿用桁架結構替代，重復上述步驟I)?2)，就是桁架結構的力學實驗。
[0041]本實用新型同時還涉及一種應用上述的力學實驗裝置進行超靜定結構實驗的方法，能夠方便快捷地完成超靜定結構實驗，所述的進行超靜定結構實驗的步驟是:
[0042]I)將橫梁3與立柱2連接成T字形結構，3個定位螺栓都安裝上構成固定端，安裝左拉桿和右拉桿，構成超靜定三角架式結構；分別將橫梁3位于立柱2兩側部位的應變片接入靜態電阻應變儀5的測量電橋，安裝左拉桿9和右拉桿10，構成超靜定三角架式結構；
[0043]2)采用單臂半橋接法和等量逐級加載法，測量左拉桿9和右拉桿10處的應變片的應變值，與結構力學中求解超靜定結構的方法得到的計算結果相比較，計算相對誤差；
[0044]3)保持加載負荷不變，轉動左拉桿9和右拉桿10上的調節螺桿I 23和調節螺桿
II26，伸長或縮短左拉桿9和右拉桿10長度，模擬左拉桿9和右拉桿10上制造誤差，觀察橫梁左端部7、橫梁右端部8處應變片的應變值有無變化，若有變化，說明超靜定結構的內力與左拉桿9、右拉桿10的制造誤差密切相關；
[0045]4)在保持加載負荷不變的前提下，更換不同類型和尺寸的斜拉桿，觀察橫梁左端部7和橫梁右端部8處應變片的應變值有無變化，若有變化，說明超靜定結構的內力與左拉桿9、右拉桿10的材料和截面尺寸有關。
[0046]本實用新型所述的力學實驗裝置，改變立柱與橫梁的連接類型或更換不同材料、結構和截面尺寸的左拉桿和右拉桿，實現不同類型結構之間的轉換，形成多功能的力學實驗裝置，能夠方便快捷地進行橫梁的彎曲正應力測定、壓彎組合變形實驗、桁架的內力測定實驗、靜定結構內力測定、超靜定結構內力測定等多種實驗，適用范圍廣，實驗步驟簡便，操作簡單，試驗結果準確可靠。本實用新型所述的實驗裝置采用對稱三角架式結構，結構緊湊，可2組實驗同時進行，提高了試驗效率。
[0047]上面結合附圖對本實用新型進行了示例性的描述，顯然本實用新型具體的實現并不受上述方式的限制，只要采用了本實用新型的方法構思和技術方案進行的各種改進，或未經改進將本實用新型的構思和技術方案直接應用于其他場合的，均在本實用新型的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種力學實驗裝置，其特征在于:所述的實驗裝置包括底座(1)，立柱(2)，橫梁(3)，立柱(2)底部一端與底座(1)連接，立柱(2)另一端與橫梁(3)連接，橫梁(3)兩端部分別設置用于放置砝碼(28)的砝碼支撐桿盤(4)，橫梁(3)位于立柱(2)兩側的部分分別粘貼應變片(29)，每個應變片(29)分別與靜態電阻應變儀(5)連接。
2.根據權利要求1所述的力學實驗裝置，其特征在于:所述的立柱(2)位于底部的一端垂直連接在底座(1)上，橫梁(3)中間部位與立柱(2)中間部位連接，橫梁(3)與立柱(2)之間呈T字形結構，立柱(2)的立柱上端部(6)與橫梁左端部(7)和橫梁右端部(8)之間分別設置左拉桿(9)和右拉桿(10)。
3.根據權利要求2所述的力學實驗裝置，其特征在于:所述的橫梁左端部(7)和橫梁右端部(8)上各設置安裝一個連接耳(11)，立柱上端部(6)設置左卡孔(12)和右卡孔(13)，左拉桿(9)和右拉桿(10)兩端頭分別設置限位桿(27)，左拉桿(9)的兩個限位桿(27)設置為能分別卡在橫梁左端部(7)上的連接耳(11)和左卡孔(12)上的結構，右拉桿(10)的兩個限位桿(27)設置為能分別卡在橫梁右端部(8)上的連接耳(11)和右卡孔(13)上的結構，左拉桿(9)和右拉桿(10)上分別粘貼應變片，每個應變片分別與靜態電阻應變儀(5)連接構成測量電橋，橫梁左端部(7)和橫梁右端部(8)的中間位置的四面分別粘貼應變片。
4.根據權利要求3所述的力學實驗裝置，其特征在于:所述的立柱(2)兩側分別設置左卡槽(14)和右卡槽(15)，橫梁(3)包括左橫梁組件(16)和右橫梁組件(17)，左橫梁組件(16)與立柱(2)連接的一端設置左卡緊板(18)，右橫梁組件(17)與立柱(2)連接的一端設置右卡緊板(19)，左卡緊板(18)和右卡緊板(19)分別卡裝在左卡槽(14)和右卡槽(15)內，左卡槽(14)和右卡槽(15)兩側分別設置定位螺栓(20)，定位螺栓(20)設置為分別將左橫梁組件(16)和右橫梁組件(17)卡緊在左卡槽(14)和右卡槽(15)內的結構。
5.根據權利要求4所述的力學實驗裝置，其特征在于:所述的左拉桿(9)包括左桿件I (21)和左桿件II (22)，左桿件I (21)和左桿件II (22)之間通過調節螺桿I (23)連接，右拉桿(10)包括右桿件I (24)和右桿件II (25)，右桿件I (24)和右桿件II (25)之間通過調節螺桿II (26)連接，左拉桿(9)和右拉桿(10)上分別粘貼應變片，并與靜態電阻應變儀(5)相連，所述的底座(1)設置為十字形結構。
【文檔編號】G09B23/10GK204102392SQ201420622826
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年10月25日 優先權日:2014年10月25日
【發明者】何芝仙, 羅星 申請人:安徽工程大學