專利名稱：一種組合式剛架力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
一種組合式剛架力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等教育的重要組成部分，對(duì)培養(yǎng)具有較高綜合素質(zhì)的人才起著其他環(huán)節(jié)無(wú)法替代的作用。實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的目標(biāo)就是使得學(xué)生能更好的掌握實(shí)驗(yàn)研究的基本方法和技能，具有獨(dú)立開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究的能力，具備向相關(guān)領(lǐng)域拓展的基本素質(zhì)。因此，綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)和推廣是必然趨勢(shì)。由學(xué)生根據(jù)問(wèn)題的性質(zhì)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，擬定實(shí)驗(yàn)方案的具體步驟，包括與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的硬件和軟件的設(shè)計(jì)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究自然界中不易直接觀察到的力學(xué)現(xiàn)象，進(jìn)一步掌握力學(xué)概念和力學(xué)理論，使得學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)，在實(shí)驗(yàn)中研究。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為開(kāi)展綜合性設(shè)計(jì)性研究性基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，提出一種能夠通過(guò)自主設(shè)計(jì)、組合實(shí)現(xiàn)多種基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的綜合性剛架實(shí)驗(yàn)裝置。
本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案: 一種組合式剛架力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，包括矩形框架式實(shí)驗(yàn)臺(tái)、機(jī)械式手輪加載裝置、力傳感器及測(cè)力儀、壓頭、砝碼杠桿加載裝置、剛架構(gòu)件、連接角件、用于模擬不同約束形式的支座，所述剛架構(gòu)件、連接角件根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)需要組成不同剛架結(jié)構(gòu)，選取所需支座固定在矩形框架式實(shí)驗(yàn)臺(tái)的底梁上，所述機(jī)械式手輪加載裝置固定在矩形框架式實(shí)驗(yàn)臺(tái)的頂梁上，所述機(jī)械式手輪加載裝置的下端安裝有力傳感器及測(cè)力儀，力傳感器及測(cè)力儀下部與壓頭連接，通過(guò)壓頭對(duì)剛架結(jié)構(gòu)接觸并施加載荷。
本發(fā)明中所述的砝碼杠桿加載裝置包括用于改變加載方向的定滑輪、鋼絲繩、杠桿、吊鉤、砝碼，所述鋼絲繩一端與剛架結(jié)構(gòu)連接、另一端通過(guò)定滑輪與杠桿連接，在杠桿不同位置的孔上連接吊鉤，砝碼放在吊鉤底端的托盤(pán)上。吊鉤掛載在杠桿不同位置的孔上可以調(diào)節(jié)載荷的放大倍數(shù)。
本發(fā)明中所述的剛架構(gòu)件包括三根鋁制構(gòu)件，一根橫梁、兩根立柱，通過(guò)這三根構(gòu)件組裝成Π型剛架結(jié)構(gòu)和Γ型剛架結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明中所述的模擬不同約束形式的支座包括固支支座、鉸支支座、滑動(dòng)鉸支支座，通過(guò)這三種支座可以模擬材料力學(xué)中典型的三種約束形式:固支、鉸支、滑動(dòng)鉸支。
有益效果:本實(shí)驗(yàn)裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單，可組合性強(qiáng)，通過(guò)幾個(gè)簡(jiǎn)單構(gòu)件可以組裝多種結(jié)構(gòu)形式的剛架并且可以通過(guò)選取不同支座模擬多種典型的約束形式(固支、鉸支、滑動(dòng)鉸支)，能實(shí)現(xiàn)多種加載形式(單點(diǎn)加載、多點(diǎn)加載、對(duì)稱加載、反對(duì)稱加載等)，比現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)裝置功能多樣、靈巧美觀、操作簡(jiǎn)單、節(jié)省材料。


圖1為剛架形式的總體布置圖。
具體實(shí)施例方式 如附圖所示，一種組合式剛架力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，設(shè)置有矩形框架式實(shí)驗(yàn)臺(tái)、機(jī)械式手輪加載裝置3、力傳感器及測(cè)力儀4、壓頭5、砝碼杠桿加載裝置、剛架構(gòu)件6、連接角件7、用于模擬不同約束形式的支座8，本發(fā)明中的剛架構(gòu)件6、連接角件7根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)需要組成剛架結(jié)構(gòu)，選取所需用于模擬不同約束形式的支座8固定在矩形框架式實(shí)驗(yàn)臺(tái)的底梁I上，本發(fā)明中的機(jī)械式手輪加載裝置3固定安裝在矩形框架式實(shí)驗(yàn)臺(tái)的頂梁2上，機(jī)械式手輪加載裝置3的下端安裝有力傳感器及測(cè)力儀4，力傳感器及測(cè)力儀4下部與壓頭5連接，通過(guò)壓頭5對(duì)剛架結(jié)構(gòu)接觸并施加載荷。砝碼杠桿加載裝置包括用于改變加載方向的定滑輪9、鋼絲繩10、杠桿11、吊鉤
12、砝碼13，鋼絲繩10 —端與剛架結(jié)構(gòu)6連接、另一端通過(guò)定滑輪9與杠桿11連接，在杠桿不同位置的孔上連接吊鉤12，砝碼13放在吊鉤底端的托盤(pán)上，吊鉤掛載在杠桿不同位置的孔上可以調(diào)節(jié)載荷的放大倍數(shù)。通過(guò)增減砝碼數(shù)目即可實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)加載。本發(fā)明中的剛架構(gòu)件6可以是三根鋁制構(gòu)件，一根橫梁、兩根立柱，通過(guò)這三根構(gòu)件可以組裝成Π型剛架結(jié)構(gòu)和Γ型剛架結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中的模擬不同約束形式的支座8包括固支支座、鉸支支座、滑動(dòng)鉸支支座，通過(guò)這三種支座可以模擬材料力學(xué)中典型的三種約束形式:固支、鉸支、滑動(dòng)鉸支。本發(fā)明的工作過(guò)程:
一切準(zhǔn)備就緒之后就可 以通過(guò)機(jī)械式手輪加載裝置或者砝碼加載裝置對(duì)剛架結(jié)構(gòu)進(jìn)行加載，用導(dǎo)線將事先粘貼在構(gòu)件上的應(yīng)變片與應(yīng)變儀連接，根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)需要組接測(cè)試橋路開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，通過(guò)應(yīng)變儀讀出結(jié)構(gòu)各點(diǎn)在相應(yīng)載荷下的應(yīng)變值。記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。對(duì)于剛架結(jié)構(gòu)本身，可以根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，選擇不同形式的約束支座、不同構(gòu)件組合成不同結(jié)構(gòu)形式、不同約束形式的剛架結(jié)構(gòu)，加載方式亦可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求選擇對(duì)稱加載或反對(duì)稱加載、水平加載或垂直加載、單點(diǎn)加載或多點(diǎn)加載等。在進(jìn)行剛架實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生可根據(jù)自身設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)需要，首先選擇結(jié)構(gòu)所需的構(gòu)件，然后用連接角件將構(gòu)件組合成所需的剛架形式，之后再根據(jù)實(shí)驗(yàn)約束形式的設(shè)計(jì)選擇支座，將組合好的剛架和支座一起固定到實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的加載方案選擇加載點(diǎn)，加載方式及載荷大小，一切準(zhǔn)備就緒之后即可開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。這種設(shè)計(jì)的特點(diǎn)在于:學(xué)生可以根據(jù)自身需要獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，然后利用本實(shí)驗(yàn)裝置提供的構(gòu)件自主組合結(jié)構(gòu)形式、約束形式以實(shí)現(xiàn)多種不同約束形式、不同加載方式的力學(xué)實(shí)驗(yàn)，其中剛架實(shí)驗(yàn)又包含多種結(jié)構(gòu)形式及約束形式。本發(fā)明的組合式剛架力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置是多功能組合式力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置之一，是為開(kāi)展綜合性設(shè)計(jì)性的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)而研制的臺(tái)式多功能組合實(shí)驗(yàn)裝置。該多功能組合式力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置可進(jìn)行多種不同結(jié)構(gòu)形式、不同約束形式剛架力學(xué)參數(shù)的綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、桁架的靜力試驗(yàn)以及單向拉伸實(shí)驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)用可裝配桿件自主搭建多種形式的剛架和桁架、利用多種支座組成不同形式的約束、同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)在不同加載點(diǎn)上施加單個(gè)或多個(gè)載荷，并且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)稱加載和反對(duì)稱加載，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中可靈活設(shè)計(jì)、自主實(shí)施，可以培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新和實(shí)踐動(dòng)手能力。目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置基本上都是單一功能的，在一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置上只能實(shí)現(xiàn)一種實(shí)驗(yàn)。也有部分組合實(shí)驗(yàn)裝置，是將幾種固定的基本實(shí)驗(yàn)共同組裝在一個(gè)裝置上。而本多功能組合式力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置最大的不同之處就在于它的可組合性和多變性，學(xué)生可以根據(jù)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的需要，選擇所需的桿件、接頭、約束支座以及加載方式進(jìn)行自主組合多種實(shí)驗(yàn)，這樣就很方便的實(shí)現(xiàn)了裝置的多功能性，同時(shí)還可以加深學(xué)生對(duì)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的理解，鞏固和提高所學(xué)的力學(xué)知識(shí)。通過(guò)設(shè)計(jì)綜合性實(shí)驗(yàn)激發(fā)創(chuàng)新思維，有效的提高理論和實(shí)踐的結(jié)合運(yùn)用能力，并掌握將理論知識(shí)運(yùn)用在實(shí)踐當(dāng)中的技巧。
權(quán)利要求
1.一種組合式剛架力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:包括矩形框架式實(shí)驗(yàn)臺(tái)、機(jī)械式手輪加載裝置(3)、力傳感器及測(cè)力儀(4)、壓頭(5)、砝碼杠桿加載裝置、剛架構(gòu)件(6)、連接角件(7)、用于模擬不同約束形式的支座(8)，所述剛架構(gòu)件(6)、連接角件(7)根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)需要組成不同剛架結(jié)構(gòu)，選取所需支座(8)固定在矩形框架式實(shí)驗(yàn)臺(tái)的底梁(1)上，所述機(jī)械式手輪加載裝置(3)固定在矩形框架式實(shí)驗(yàn)臺(tái)的頂梁(2)上，所述機(jī)械式手輪加載裝置(3)的下端安裝有力傳感器及測(cè)力儀(4)，力傳感器及測(cè)力儀(4)下部與壓頭(5)連接，通過(guò)壓頭(5)對(duì)剛架結(jié)構(gòu)接觸并施加載荷。
2.如權(quán)利要求1所述的一種組合式剛架力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的砝碼杠桿加載裝置包括用于改變加載方向的定滑輪(9)、鋼絲繩(10)、杠桿(11)、吊鉤(12)、砝碼(13)，所述鋼絲繩(10) —端與剛架構(gòu)件(6)連接、另一端通過(guò)定滑輪(9)與杠桿(11)連接，在杠桿不同位置的孔上連接吊鉤(12)，砝碼(13)放在吊鉤底端的托盤(pán)上。
3.如權(quán)利要求1所述的一種組合式剛架力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的剛架構(gòu)件(6)包括三根鋁制構(gòu)件，一根橫梁、兩根立柱，通過(guò)這三根構(gòu)件組裝成Π型剛架結(jié)構(gòu)和Γ型剛架結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的一種組合式剛架力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的用于模擬不同約束形式的支座(8)包括固支支座、鉸支支座、滑動(dòng)鉸支支座。
全文摘要
一種組合式剛架力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，包括矩形框架式實(shí)驗(yàn)臺(tái)、機(jī)械式手輪加載裝置(3)、砝碼杠桿加載裝置、力傳感器及測(cè)力儀(4)、壓頭(5)、剛架構(gòu)件(6)、連接角件(7)、模擬不同約束形式的支座(8)，所述剛架構(gòu)件(6)、連接角件(7)根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)需要組成不同的剛架結(jié)構(gòu)，選取所需支座(8)固定在矩形框架式實(shí)驗(yàn)臺(tái)的底梁(1)上，所述機(jī)械式手輪加載裝置(3)固定在矩形框架式實(shí)驗(yàn)臺(tái)的頂梁(2)上，所述機(jī)械式手輪加載裝置(3)的下端安裝有力傳感器及測(cè)力儀(4)，力傳感器及測(cè)力儀(4)下部與壓頭(5)連接，通過(guò)壓頭(5)對(duì)剛架結(jié)構(gòu)接觸并施加載荷。本實(shí)驗(yàn)裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單，可組合性強(qiáng)，比現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)裝置功能多樣、靈巧美觀、節(jié)省材料。
文檔編號(hào)G09B23/10GK103136993SQ20111038286
公開(kāi)日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2011年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月28日
發(fā)明者鄧宗白, 陶陽(yáng), 楊賀, 杜文超, 楊婷, 馬超 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)