CN103136993B - 一种组合式刚架力学实验装置 - Google Patents
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Abstract
一种组合式刚架力学实验装置，包括矩形框架式实验台、机械式手轮加载装置（3）、砝码杠杆加载装置、力传感器及测力仪（4）、压头（5）、刚架构件（6）、连接角件(7)、模拟不同约束形式的支座(8)，所述刚架构件（6）、连接角件(7)根据实验设计需要组成不同的刚架结构，选取所需支座(8)固定在矩形框架式实验台的底梁（1）上，所述机械式手轮加载装置（3）固定在矩形框架式实验台的顶梁（2）上，所述机械式手轮加载装置（3）的下端安装有力传感器及测力仪（4），力传感器及测力仪（4）下部与压头（5）连接，通过压头（5）对刚架结构接触并施加载荷。本实验装置构造简单，可组合性强，比现有的实验装置功能多样、灵巧美观、节省材料。
Description
技术领域
本发明属于基础力学实验教学领域。
背景技术
实验教学是高等教育的重要组成部分，对培养具有较高综合素质的人才起着其他环节无法替代的作用。实验教学改革的目标就是使得学生能更好的掌握实验研究的基本方法和技能，具有独立开展实验研究的能力，具备向相关领域拓展的基本素质。因此，综合性设计性实验的开发和推广是必然趋势。由学生根据问题的性质综合运用所学知识，自行设计实验方案，拟定实验方案的具体步骤，包括与实验相关的硬件和软件的设计。通过实验研究自然界中不易直接观察到的力学现象，进一步掌握力学概念和力学理论，使得学生可以在实验中学习，在实验中研究。
发明内容
本发明的目的是为开展综合性设计性研究性基础力学实验，提出一种能够通过自主设计、组合实现多种基础力学实验的综合性刚架实验装置。
本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
一种组合式刚架力学实验装置，包括矩形框架式实验台、机械式手轮加载装置、力传感器及测力仪、压头、砝码杠杆加载装置、刚架构件、连接角件、用于模拟不同约束形式的支座，所述刚架构件、连接角件根据实验设计需要组成不同刚架结构，选取所需支座固定在矩形框架式实验台的底梁上，所述机械式手轮加载装置固定在矩形框架式实验台的顶梁上，所述机械式手轮加载装置的下端安装有力传感器及测力仪，力传感器及测力仪下部与压头连接，通过压头对刚架结构接触并施加载荷。
本发明中所述的砝码杠杆加载装置包括用于改变加载方向的定滑轮、钢丝绳、杠杆、吊钩、砝码，所述钢丝绳一端与刚架结构连接、另一端通过定滑轮与杠杆连接，在杠杆不同位置的孔上连接吊钩，砝码放在吊钩底端的托盘上。吊钩挂载在杠杆不同位置的孔上可以调节载荷的放大倍数。
本发明中所述的刚架构件包括三根铝制构件，一根横梁、两根立柱，通过这三根构件组装成 型刚架结构和型刚架结构。
本发明中所述的模拟不同约束形式的支座包括固支支座、铰支支座、滑动铰支支座，通过这三种支座可以模拟材料力学中典型的三种约束形式：固支、铰支、滑动铰支。
有益效果：本实验装置构造简单，可组合性强，通过几个简单构件可以组装多种结构形式的刚架并且可以通过选取不同支座模拟多种典型的约束形式（固支、铰支、滑动铰支），能实现多种加载形式（单点加载、多点加载、对称加载、反对称加载等），比现有的实验装置功能多样、灵巧美观、操作简单、节省材料。
（五）附图说明
图1为刚架形式的总体布置图。
（六）具体实施方式
如附图所示，一种组合式刚架力学实验装置，设置有矩形框架式实验台、机械式手轮加载装置3、力传感器及测力仪4、压头5、砝码杠杆加载装置、刚架构件6、连接角件7、用于模拟不同约束形式的支座8，本发明中的刚架构件6、连接角件7根据实验设计需要组成刚架结构，选取所需用于模拟不同约束形式的支座8固定在矩形框架式实验台的底梁1上，本发明中的机械式手轮加载装置3固定安装在矩形框架式实验台的顶梁2上，机械式手轮加载装置3的下端安装有力传感器及测力仪4，力传感器及测力仪4下部与压头5连接，通过压头5对刚架结构接触并施加载荷。
砝码杠杆加载装置包括用于改变加载方向的定滑轮9、钢丝绳10、杠杆11、吊钩12、砝码13，钢丝绳10一端与刚架结构6连接、另一端通过定滑轮9与杠杆11连接，在杠杆不同位置的孔上连接吊钩12，砝码13放在吊钩底端的托盘上，吊钩挂载在杠杆不同位置的孔上可以调节载荷的放大倍数。通过增减砝码数目即可实现对结构加载。
本发明中的刚架构件6可以是三根铝制构件，一根横梁、两根立柱，通过这三根构件可以组装成型刚架结构和型刚架结构。本发明中的模拟不同约束形式的支座8包括固支支座、铰支支座、滑动铰支支座，通过这三种支座可以模拟材料力学中典型的三种约束形式：固支、铰支、滑动铰支。
本发明的工作过程：
一切准备就绪之后就可以通过机械式手轮加载装置或者砝码加载装置对刚架结构进行加载，用导线将事先粘贴在构件上的应变片与应变仪连接，根据实验设计需要组接测试桥路开始实验，通过应变仪读出结构各点在相应载荷下的应变值。记录实验数据，分析实验结果。
对于刚架结构本身，可以根据具体实验设计要求，选择不同形式的约束支座、不同构件组合成不同结构形式、不同约束形式的刚架结构，加载方式亦可根据实验需求选择对称加载或反对称加载、水平加载或垂直加载、单点加载或多点加载等。 在进行刚架实验时，学生可根据自身设计实验需要，首先选择结构所需的构件，然后用连接角件将构件组合成所需的刚架形式，之后再根据实验约束形式的设计选择支座，将组合好的刚架和支座一起固定到实验台上，最后根据实验设计的加载方案选择加载点，加载方式及载荷大小，一切准备就绪之后即可开始实验。这种设计的特点在于：学生可以根据自身需要独立设计实验方案，然后利用本实验装置提供的构件自主组合结构形式、约束形式以实现多种不同约束形式、不同加载方式的力学实验，其中刚架实验又包含多种结构形式及约束形式。
本发明的组合式刚架力学实验装置是多功能组合式力学实验装置之一，是为开展综合性设计性的材料力学实验而研制的台式多功能组合实验装置。该多功能组合式力学实验装置可进行多种不同结构形式、不同约束形式刚架力学参数的综合性设计性实验、桁架的静力试验以及单向拉伸实验，可以实现用可装配杆件自主搭建多种形式的刚架和桁架、利用多种支座组成不同形式的约束、同时可以实现在不同加载点上施加单个或多个载荷，并且可以实现对称加载和反对称加载，学生在实验中可灵活设计、自主实施，可以培养学生的自主创新和实践动手能力。
目前国内大多数基础力学实验装置基本上都是单一功能的，在一个实验装置上只能实现一种实验。也有部分组合实验装置，是将几种固定的基本实验共同组装在一个装置上。而本多功能组合式力学实验装置最大的不同之处就在于它的可组合性和多变性，学生可以根据自主设计实验的需要，选择所需的杆件、接头、约束支座以及加载方式进行自主组合多种实验，这样就很方便的实现了装置的多功能性，同时还可以加深学生对力学实验的理解，巩固和提高所学的力学知识。通过设计综合性实验激发创新思维，有效的提高理论和实践的结合运用能力，并掌握将理论知识运用在实践当中的技巧。
Claims (4)
1.一种组合式刚架力学实验装置，其特征在于：包括矩形框架式实验台、机械式手轮加载装置（3）、力传感器及测力仪（4）、压头（5）、砝码杠杆加载装置、刚架构件（6）、连接角件(7)、用于模拟不同约束形式的支座(8)，所述刚架构件（6）、连接角件(7)根据实验设计需要组成不同刚架结构，选取所需支座(8)固定在矩形框架式实验台的底梁（1）上，所述机械式手轮加载装置（3）固定在矩形框架式实验台的顶梁（2）上，所述机械式手轮加载装置（3）的下端安装有力传感器及测力仪（4），力传感器及测力仪（4）下部与压头（5）连接，通过压头（5）对刚架结构接触并施加载荷。
2.如权利要求1所述的一种组合式刚架力学实验装置，其特征在于：所述的砝码杠杆加载装置包括用于改变加载方向的定滑轮（9）、钢丝绳（10）、杠杆（11）、吊钩（12）、砝码（13），所述钢丝绳（10）一端与刚架构件（6）连接、另一端通过定滑轮（9）与杠杆（11）连接，在杠杆不同位置的孔上连接吊钩（12），砝码（13）放在吊钩底端的托盘上。
3.如权利要求1所述的一种组合式刚架力学实验装置，其特征在于：所述的刚架构件（6）包括三根铝制构件，一根横梁、两根立柱，通过这三根构件组装成 型刚架结构和型刚架结构。
4.如权利要求1或2或3所述的一种组合式刚架力学实验装置，其特征在于：所述的用于模拟不同约束形式的支座(8)包括固支支座、铰支支座、滑动铰支支座。
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