CN204102392U - 一种力学实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种应用于实验设备领域的力学实验装置，同时还涉及一种应用所述实验装置进行实验的方法，所述的实验装置的立柱(2)底部一端与底座(1)连接，立柱(2)另一端与横梁(3)连接，横梁(3)两端部分别设置用于放置砝码(28)的砝码支撑杆盘(4)，横梁(3)位于立柱(2)两侧的部分分别粘贴应变片(29)，每个应变片(29)分别与静态电阻应变仪(5)连接，本实用新型的实验装置，能够方便快捷地进行横梁的弯曲正应力测定、压弯组合变形实验、桁架的内力测定实验、静定结构内力测定、超静定结构内力测定等多种力学实验。同时，步骤简便，操作简单，能够方便快捷地完成试验，试验结果准确可靠。
Description
技术领域
本实用新型属于实验设备技术领域，更具体地说，是涉及一种力学实验装置，本实用新型同时还涉及一种应用所述的实验装置进行实验的方法。
背景技术
结构力学实验教学常用的实验装置中，刚架或桁架相关的实验装置比较多见，其共同特点是装置结构类型在试验过程中是不能变化的。因此进行不同实验时，需要制作不同的实验装置，这样，不仅增加了试验成本，而且进行不同实验时，需要使用不同的实验装置，也增加了实验室场地，影响实验场地的使用效率。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：针对现有技术中存在的不足，本实用新型所提出的是一种能够进行横梁的弯曲正应力测定、压弯组合变形实验、桁架的内力测定实验、静定结构内力测定、超静定结构内力测定等多种实验的力学实验装置，本实用新型所述的实验装置，通过横梁与立柱之间更换不同结构和截面尺寸的拉杆，实现不同类型结构之间的转换，特别是在静定与超静定结构之间实现方便转换。
要解决以上所述的技术问题，本实用新型采取的技术方案为：
本实用新型为一种力学实验装置，所述的装置为一种力学实验装置，包括底座，立柱，横梁，立柱底部一端与底座连接，立柱另一端与横梁连接，横梁两端部分别设置用于放置砝码的砝码支撑杆盘，横梁位于立柱两侧的部分分别粘贴应变片，每个应变片分别与静态电阻应变仪连接。
所述的立柱位于底部的一端垂直连接在底座上，横梁中间部位与立柱中间部位连接，横梁与立柱之间呈T字形结构，立柱的立柱上端部与横梁左端部和横梁右端部之间分别设置左拉杆和右拉杆。
所述的横梁左端部和横梁右端部上各设置安装一个连接耳，立柱上端部设置左卡孔和右卡孔，左拉杆和右拉杆两端头分别设置限位杆，左拉杆的两个限位杆设置为能分别卡在横梁左端部上的连接耳和左卡孔上的结构，右拉杆的两个限位杆设置为能分别卡在横梁右端部上的连接耳和右卡孔上的结构，左拉杆和右拉杆上分别粘贴应变片，横梁左端部和横梁右端部的四面分别粘贴应变片，每个应变片分别与静态电阻应变仪连接构成测量电桥。
所述的立柱两侧分别设置左卡槽和右卡槽，横梁包括左横梁组件和右横梁组件，左横梁组件与立柱连接的一端设置左卡紧板，右横梁组件与立柱连接的一端设置右卡紧板，左卡紧板和右卡紧板分别卡装在左卡槽和右卡槽内，左卡槽和右卡槽两侧分别设置3个定位螺栓，定位螺栓设置为分别将左横梁组件和右横梁组件卡紧在左卡槽和右卡槽内的结构，当采用位于横梁中心线上的1个定位螺栓连接时，构成铰链连接，当采用3个定位螺栓连接时，构成固定端连接。
所述的左拉杆包括左杆件Ⅰ和左杆件Ⅱ，左杆件Ⅰ和左杆件Ⅱ之间通过调节螺杆Ⅰ连接，右拉杆包括右杆件Ⅰ和右杆件Ⅱ，右杆件Ⅰ和右杆件Ⅱ之间通过调节螺杆Ⅱ连接，左拉杆和右拉杆上粘贴的应变片与静态电阻应变仪连接构成测量电桥，所述的底座1设置为十字形结构。
本实用新型同时还涉及一种应用上述的力学实验装置进行静定结构实验的方法，所述的进行静定结构实验的步骤是：
将横梁与立柱连接成T字形结构，3个定位螺栓都安装上构成固定端，分2组同时进行实验。将横梁左端部和横梁右端部的应变片接入静态电阻应变仪的测量电桥，采用单臂半桥接法，即分别将横梁左端部和横梁右端部上的应变片为工作片，横梁右端部应变片为温度补偿片，再选者不受载的应变片作为温度补偿片，分2组同时在横梁左端部和横梁右端部的砝码支撑杆盘加载砝码，采用等量逐级加载法，测量横梁左端部和横梁右端部的工作片的应变值，按照公式σ测量＝Eε测量计算横梁左端部和横梁右端部工作片处的应力，分别与材料力学中的弯曲正应力计算结果比较，计算相对误差，验证计算公式正确性。此为梁的横力弯曲正应力实验。
所述的进行静定结构实验的步骤是：
1)将横梁与立柱连接成T字形结构，只安装位于横梁中心线上的1个定位螺栓，构成铰链连接，再安装左拉杆和右拉杆，构成静定三角架式结构，其中横梁受压缩与弯曲组合变形，左拉杆和右拉杆受拉伸变形。分别将横梁左端部、横梁右端部、左拉杆和右拉杆的应变片接入静态电阻应变仪构成测量电桥，采用单臂半桥接法和等量逐级加载法，首先使用直径为10mm的拉杆，测出左拉杆、右拉杆的应变，再按照σ＝Eε计算工作片处的应力和拉杆的轴力，与材料力学拉伸变形的理论计算结果比较，计算相对误差，同时测量横梁左端部和横梁右端部处的工作片的应变，与拉伸与弯曲组合变形的计算结果相比较，计算相对误差；
2)在保持加载负荷不变的前提下，更换不同类型和尺寸的左拉杆和右拉杆，观察左拉杆和右拉杆的轴力和左拉杆和右拉杆上的应变片的应变值有无变化；观察横梁左端部和横梁右端部的应变片处应变有无变化，若无变化，说明静定结构的内力与杆件材料和截面尺寸无关；
3)在保持加载负荷不变的前提下，调节左拉杆和右拉杆的长度，观测横梁左端部、横梁右端部、左拉杆和右拉杆上的应变片的应变值有无变化；若无变化，说明静定结构内力与左拉杆和右拉杆的制造误差无关。
4)将左拉杆和右拉杆用桁架结构替代，重复上述步骤1)～2)，就是桁架结构的力学实验。
本实用新型同时还涉及一种应用上述的力学实验装置进行超静定结构实验的方法，所述的进行超静定结构实验的步骤是：
1)将横梁与立柱连接成T字形结构，3个定位螺栓都安装上构成固定端，安装左拉杆和右拉杆，构成超静定三角架式结构；分别将横梁位于立柱两侧的应变片接入静态电阻应变仪的测量电桥；
2)采用单臂半桥接法和等量逐级加载法，测量左拉杆和右拉杆处的应变片的应变值，与结构力学中求解超静定结构的方法得到的计算结果相比较，计算相对误差；
3)保持加载负荷不变，转动左拉杆和右拉杆上的调节手柄，伸长或缩短左拉杆和右拉杆长度，模拟左拉杆和右拉杆上制造误差，观察横梁左端部、横梁右端部处应变片的应变值有无变化，若有变化，说明超静定结构的内力与左拉杆和右拉杆的制造误差密切相关；
4)在保持加载负荷不变的前提下，更换不同类型和尺寸的斜拉杆，观察横梁左端部和横梁右端部处应变片的应变值有无变化，若有变化，说明超静定结构的内力与左拉杆和右拉杆的材料和截面尺寸有关。
采用本实用新型的技术方案，能得到以下的有益效果：
本实用新型所述的力学实验装置，通过改变立柱与横梁的连接类型或更换不同结构和截面尺寸的左拉杆和右拉杆，实现不同类型结构之间的转换，形成多功能的力学实验装置，能够方便快捷地进行横梁的弯曲正应力测定、压弯组合变形实验、桁架的内力测定实验、静定结构内力测定、超静定结构内力测定等多种实验，适用范围广，实验步骤简便，操作简单，试验结果准确可靠。本实用新型所述的实验装置采用对称三角架式结构，结构紧凑，可2组实验同时进行，提高了试验效率。
附图说明
下面对本说明书各附图所表达的内容及图中的标记作出简要的说明：
图1为本实用新型所述的力学实验装置的正视结构示意图；
图2为图1所述的力学实验装置的A-A面的剖视结构示意图；；
附图中标记分别为：1、底座；2、立柱；3、横梁；4、砝码支撑杆盘；5、静态电阻应变仪；6、立柱上端部；7、横梁左端部；8、横梁右端部；9、左拉杆；10、右拉杆；11、连接耳；12、左卡孔；13、右卡孔；14、左卡槽；15、右卡槽；16、左横梁组件；17、右横梁组件；18、左卡紧板；19、右卡紧板；20、定位螺栓；21、左杆件Ⅰ；22、左杆件Ⅱ；23、调节螺杆Ⅰ；24、右杆件Ⅰ；25、右杆件Ⅱ；26、调节螺杆Ⅱ；27、限位杆；28、砝码；29、应变片。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本实用新型的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明：
如附图1、附图2所示，本实用新型为一种力学实验装置，所述的实验装置包括底座1，立柱2，横梁3，立柱2底部一端与底座1连接，立柱2另一端与横梁3连接，横梁3两端部分别设置用于放置砝码28的砝码支撑杆盘4，横梁3位于立柱2两侧的部分分别粘贴应变片29，每个应变片29分别与静态电阻应变仪5连接。通过改变立柱与横梁的连接类型或更换不同结构、材料和截面尺寸的左拉杆和右拉杆，实现不同类型结构之间的转换，形成多功能的实验装置，能够方便快捷地进行横梁的弯曲正应力测定、压弯组合变形实验、桁架的内力测定实验、静定结构内力测定、超静定结构内力测定等力学实验测量，由于采用对称三角架式结构，可2组实验同时进行，并且测量过程便捷，测量数据准确。
所述的立柱2位于底部的一端垂直连接在底座1上，横梁3中间部位与立柱2中间部位连接，横梁3与立柱2之间呈T字形结构，立柱2的上端部6与横梁左端部7和横梁右端部8之间分别设置左拉杆9和右拉杆10。左拉杆9和右拉杆10可以在实验过程中更换为具有不同材料、不同截面形状和尺寸拉杆，或更换为桁架结构形式的拉杆，便于进行力学测量。
所述的横梁左端部7和横梁右端部8上各设置安装一个连接耳11，立柱上端部6设置左卡孔12和右卡孔13，左拉杆9和右拉杆10两端头分别设置限位杆27，左拉杆9的两个限位杆27设置为能分别卡在横梁左端部7上的连接耳11和左卡孔12上的结构，右拉杆10的两个限位杆27设置为能分别卡在横梁右端部8上的连接耳11和右卡孔13上的结构，左拉杆9和右拉杆10上分别粘贴应变片，横梁左端部7和横梁右端部8的四面分别粘贴应变片，每个应变片分别与静态电阻应变仪5相连构成测量电桥。上述结构，实现了左拉杆和右拉杆的可靠连接，并且左拉杆和右拉杆拆卸安装方便快捷，能够有效提高实验工作的开展。
所述的立柱2两侧分别设置左卡槽14和右卡槽15，横梁3包括左横梁组件16和右横梁组件17，左横梁组件16与立柱2连接的一端设置左卡紧板18，右横梁组件17与立柱2连接的一端设置右卡紧板19，左卡紧板18和右卡紧板19分别卡装在左卡槽14和右卡槽15内，左卡槽14和右卡槽15两侧分别设置3个定位螺栓20，定位螺栓20设置为分别将左横梁组件16和右横梁组件17卡紧在左卡槽14和右卡槽15内的结构。通过这样的结构，能实现左横梁组件16和右横梁组件17分别与立柱两侧的可靠连接和拆卸，便于力学实验工作方便进行。
所述的左拉杆9包括左杆件Ⅰ21和左杆件Ⅱ22，左杆件Ⅰ21和左杆件Ⅱ22之间通过调节螺杆Ⅰ23连接，右拉杆10包括右杆件Ⅰ24和右杆件Ⅱ25，右杆件Ⅰ24和右杆件Ⅱ25之间通过调节螺杆Ⅱ26连接，左拉杆9和右拉杆10上粘贴的应变片分别与静态电阻应变仪5相连构成测量电桥。
所述的底座1设置为十字形结构，提高了底座放置时的稳定性。
本实用新型同时还涉及一种应用上述的力学实验装置进行静定结构实验的方法，能够方便快捷地完成静定结构实验，所述的进行静定结构实验的步骤是：
将横梁3与立柱2连接成T字形结构，3个定位螺栓都安装上构成固定端，分2组同时进行实验。将横梁左端部7和横梁右端部8的应变片接入静态电阻应变仪5的测量电桥，采用单臂半桥接法，横梁左端部7和横梁右端部8上的应变片作为工作片，再选者不受载的应变片作为温度补偿片，在横梁左端部7的砝码支撑杆盘4加载砝码，采用等量逐级加载法，测量横梁左端部7和横梁右端部8的工作片的应变值，按照公式σ测量＝Eε测量计算横梁左端部7和横梁右端部8工作片处的应力，分别与材料力学中的弯曲正应力计算结果比较，计算相对误差，验证计算公式正确性。此为梁的横力弯曲正应力实验。
1)将横梁3与立柱2连接成T字形结构，只安装位于横梁中心线上的1个定位螺栓，构成铰链连接，再安装左拉杆9和右拉杆10，构成静定三角架式结构，其中横梁5受压缩与弯曲组合变形，左拉杆9和右拉杆10受拉伸变形。分别将横梁左端部7、横梁右端部8、左拉杆9和右拉杆10的应变片接入静态电阻应变仪5构成测量电桥，采用单臂半桥接法和等量逐级加载法，首先使用直径为10mm的拉杆，测出左拉杆9、右拉杆10的应变，再按照σ＝Eε计算工作片处的应力和拉杆的轴力，与材料力学拉伸变形的理论计算结果相比较，计算相对误差，同时测量横梁左端部7和横梁右端部8处的工作片的应变，与拉伸与弯曲组合变形的计算结果相比较，计算相对误差；
2)在保持加载负荷不变的前提下，更换不同类型和尺寸的左拉杆9和右拉杆10，观察左拉杆9和右拉杆10的轴力和左拉杆9和右拉杆10上的应变片的应变值有无变化；观察横梁左端部7和横梁右端部8的应变片处应变有无变化，若无变化，说明静定结构的内力与杆件材料和截面尺寸无关；
3)在保持加载负荷不变的前提下，调节左拉杆9和右拉杆10的长度，观测横梁左端部7、横梁右端部8、左拉杆9和右拉杆10上的应变片的应变值有无变化；若无变化，说明静定结构内力与横梁3制造误差无关。
4)将左拉杆和右拉杆用桁架结构替代，重复上述步骤1)～2)，就是桁架结构的力学实验。
本实用新型同时还涉及一种应用上述的力学实验装置进行超静定结构实验的方法，能够方便快捷地完成超静定结构实验，所述的进行超静定结构实验的步骤是：
1)将横梁3与立柱2连接成T字形结构，3个定位螺栓都安装上构成固定端，安装左拉杆和右拉杆，构成超静定三角架式结构；分别将横梁3位于立柱2两侧部位的应变片接入静态电阻应变仪5的测量电桥，安装左拉杆9和右拉杆10，构成超静定三角架式结构；
2)采用单臂半桥接法和等量逐级加载法，测量左拉杆9和右拉杆10处的应变片的应变值，与结构力学中求解超静定结构的方法得到的计算结果相比较，计算相对误差；
3)保持加载负荷不变，转动左拉杆9和右拉杆10上的调节螺杆Ⅰ23和调节螺杆Ⅱ26，伸长或缩短左拉杆9和右拉杆10长度，模拟左拉杆9和右拉杆10上制造误差，观察横梁左端部7、横梁右端部8处应变片的应变值有无变化，若有变化，说明超静定结构的内力与左拉杆9、右拉杆10的制造误差密切相关；
4)在保持加载负荷不变的前提下，更换不同类型和尺寸的斜拉杆，观察横梁左端部7和横梁右端部8处应变片的应变值有无变化，若有变化，说明超静定结构的内力与左拉杆9、右拉杆10的材料和截面尺寸有关。
本实用新型所述的力学实验装置，改变立柱与横梁的连接类型或更换不同材料、结构和截面尺寸的左拉杆和右拉杆，实现不同类型结构之间的转换，形成多功能的力学实验装置，能够方便快捷地进行横梁的弯曲正应力测定、压弯组合变形实验、桁架的内力测定实验、静定结构内力测定、超静定结构内力测定等多种实验，适用范围广，实验步骤简便，操作简单，试验结果准确可靠。本实用新型所述的实验装置采用对称三角架式结构，结构紧凑，可2组实验同时进行，提高了试验效率。
上面结合附图对本实用新型进行了示例性的描述，显然本实用新型具体的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本实用新型的保护范围内。
Claims (5)
1.一种力学实验装置，其特征在于：所述的实验装置包括底座(1)，立柱(2)，横梁(3)，立柱(2)底部一端与底座(1)连接，立柱(2)另一端与横梁(3)连接，横梁(3)两端部分别设置用于放置砝码(28)的砝码支撑杆盘(4)，横梁(3)位于立柱(2)两侧的部分分别粘贴应变片(29)，每个应变片(29)分别与静态电阻应变仪(5)连接。
2.根据权利要求1所述的力学实验装置，其特征在于：所述的立柱(2)位于底部的一端垂直连接在底座(1)上，横梁(3)中间部位与立柱(2)中间部位连接，横梁(3)与立柱(2)之间呈T字形结构，立柱(2)的立柱上端部(6)与横梁左端部(7)和横梁右端部(8)之间分别设置左拉杆(9)和右拉杆(10)。
3.根据权利要求2所述的力学实验装置，其特征在于：所述的横梁左端部(7)和横梁右端部(8)上各设置安装一个连接耳(11)，立柱上端部(6)设置左卡孔(12)和右卡孔(13)，左拉杆(9)和右拉杆(10)两端头分别设置限位杆(27)，左拉杆(9)的两个限位杆(27)设置为能分别卡在横梁左端部(7)上的连接耳(11)和左卡孔(12)上的结构，右拉杆(10)的两个限位杆(27)设置为能分别卡在横梁右端部(8)上的连接耳(11)和右卡孔(13)上的结构，左拉杆(9)和右拉杆(10)上分别粘贴应变片，每个应变片分别与静态电阻应变仪(5)连接构成测量电桥，横梁左端部(7)和横梁右端部(8)的中间位置的四面分别粘贴应变片。
4.根据权利要求3所述的力学实验装置，其特征在于：所述的立柱(2)两侧分别设置左卡槽(14)和右卡槽(15)，横梁(3)包括左横梁组件(16)和右横梁组件(17)，左横梁组件(16)与立柱(2)连接的一端设置左卡紧板(18)，右横梁组件(17)与立柱(2)连接的一端设置右卡紧板(19)，左卡紧板(18)和右卡紧板(19)分别卡装在左卡槽(14)和右卡槽(15)内，左卡槽(14)和右卡槽(15)两侧分别设置定位螺栓(20)，定位螺栓(20)设置为分别将左横梁组件(16)和右横梁组件(17)卡紧在左卡槽(14)和右卡槽(15)内的结构。
5.根据权利要求4所述的力学实验装置，其特征在于：所述的左拉杆(9)包括左杆件Ⅰ(21)和左杆件Ⅱ(22)，左杆件Ⅰ(21)和左杆件Ⅱ(22)之间通过调节螺杆Ⅰ(23)连接，右拉杆(10)包括右杆件Ⅰ(24)和右杆件Ⅱ(25)，右杆件Ⅰ(24)和右杆件Ⅱ(25)之间通过调节螺杆Ⅱ(26)连接，左拉杆(9)和右拉杆(10)上分别粘贴应变片，并与静态电阻应变仪(5)相连，所述的底座(1)设置为十字形结构。
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|---|---|---|---|
| CN201420622826.7U CN204102392U (zh) | 2014-10-25 | 2014-10-25 | 一种力学实验装置 |
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Cited By (1)
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| CN104269088A (zh) * | 2014-10-25 | 2015-01-07 | 安徽工程大学 | 一种力学实验装置及应用所述的实验装置进行实验的方法 |
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2014
- 2014-10-25 CN CN201420622826.7U patent/CN204102392U/zh not_active Expired - Fee Related
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