CN103149077A - 一种材料力学实验平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种材料力学实验平台，所述材料力学实验平台包括任意分布载荷的加载装置、不同载荷方向的实现装置、各种约束方式的实现装置、各种截面形状杆件的旋转加载承力装置和各种截面杆件的组合连接的实现装置；本发明可完成材料力学理论教材和作业中所涉及到大部分情形（形式多样的载荷方式、约束方式、截面形状及材料种类）的实验重现；这使得学生在材料力学理论的学习过程中，可随时把自已感兴趣的题目或思考的问题拿到实验室去重现、增强了学生的创新精神和创新能力；拉近理论与实验之间的距离。因此，在国内外工科高校的力学创新实验教学中有很大的推广空间和实用推广价值。

Description

一种材料力学实验平台

技术领域

本发明属于教学实验领域，尤其涉及一种材料力学实验平台。

背景技术

工科高校中的材料力学实验和结构试验中的各类实验，都要配置相关的加载装置以实现相应工况，方能展开相关实验与试验，比如材料力学实验中的纯弯曲实验、弯扭实验、偏心拉压实验等,就要配置相应的加载装置，但因其载荷方式、约束方式、截面形状等过于单一，与材料力学理论课中学生所接触到的形式多样的各种载荷、各种约束、各种截面形状的相关内容形成较大的落差，使教师和学生误以为材料力学实验只能实现材料力学理论课中的极少部分最简单的情形，造成师生都对此缺乏兴趣、不予以重视的后果。

目前，工科高校材料力学设计型、创新型实验中的真正反映材料力学基本面的实验项目还很少，参与的学生也很少，这与各校较大的投入之间产生了较大的落差，因此，提高设计型、创新型实验的受益面、普及率已成为基础力学教学工作者共同面临的一项重要课题；现有的加载装置都是将单一集中载荷P直接作用于试件上的加载方式，不能实现各种复杂的实验工况，这与材料力学、结构分析理论课中学生所接触到的的多样的载荷工况（集中载荷、分布载荷、集中力偶载荷）之间形成较大的落差，不利于拉近实验与理论之间的距离，不利于激发学生主动参与设计、创新实验的热情，不利于工科高校创新实验的普及化。

发明内容

本发明的目的在于利用一种材料力学实验平台，旨在解决现有传统材料力学非破坏性实验中单一集中载荷P直接作用于试件上的加载方式、且约束方式、截面形状及材料过于单一的问题。

本发明的目的在于提供一种材料力学实验平台，所述材料力学实验平台包括：任意分布载荷的加载装置、不同载荷方向的实现装置、各种约束方式的实现装置、各种截面形状杆件的旋转加载承力装置和各种截面杆件的组合连接的实现装置。

进一步、所述任意分布载荷的加载装置包括：上横框梁、可移动加载小车、蜗杆加载箱、加载手柄、丝杆、力传感器、导杆、直线轴承、上导板、可调弹簧、弹簧预压量标度样条、预压弹簧调节螺母、弹簧限位螺杆、下导板、弹性垫片、实验梁体、多功能铰支座、导杆法兰支座、下横梁框；所述上横梁框设置在所述任意分布载荷的加载装置的最上端，所述可移动加载小车连接所述上横梁框，设置在所述上横梁框的下侧，蜗杆加载箱安装在所述可移动加载小车的下方，所述加载手柄设置在所述蜗杆加载箱的一侧，所述力传感器设置在所述蜗杆加载箱的末端，所述导杆在所述任意分布载荷的加载装置的两侧设置，所述直线轴承设置在所述上导板和下导板，所述可调弹簧设置在所述上导板和下导板之间，所述弹簧预压量标度样条设置在所述可调弹簧的下面，所述预压弹簧调节螺母设置在所述所述弹簧预压量标度样条的下面，所述弹簧限位螺杆贯穿所述可调弹簧的中间，所述多功能铰支座和导杆法兰支座设置在所述下横梁框上，所述实验梁体设置在所述多功能铰支座，所述弹性垫片设置在所述实验梁体的表面。

进一步、所述可移动加载小车通过导轨与上横梁框连接。

进一步、所述力传感器通过丝杠连接蜗杆加载箱。

进一步、所述不同载荷方向的实现装置包括承力扣环、可旋转固定端支座、蜗杆加载箱、实验梁体；所述承力扣环连接所述实验梁体，所述实验梁体连接所述可旋转固定端支座，所述蜗杆加载箱连接所述承力扣环。

进一步、所述各种约束方式的实现装置包括实验梁体、圆键轴、球面旋转套环。

进一步、所述各种截面形状杆件的旋转加载承力装置包括可调固紧螺栓和承力扣环；所述承力扣环上设置所述可调固紧螺栓。

进一步、所述各种截面杆件的组合连接的实现装置包括刚接头、圆筒旋转套圈；所述圆筒旋转套圈设置在所述刚接头的接口处。

进一步、所述刚接头可以通过所述圆筒旋转套圈插入所述实验梁体，所述实验梁体的截面形状可以是方形、圆形、T形、工字形、槽形等各种形状。

本发明提供的材料力学实验平台，可完成材料力学理论教材和作业中所涉及到大部分情形（形式多样的载荷方式、约束方式、截面形状及材料种类）的实验重现；这使得学生在材料料力学理论的学习过程中，可随时把自已感兴趣的题目或思考的问题拿到实验室去重现、去验证、去设计、去深入研究，进入“边学习、边实践、边研究”的良性循环的新模式，从而打破了传统规定动作式的实验模式，激发了学生自主设计、主动参与创新实验的热情，增强了学生的创新精神和创新能力；拉近理论与实验之间的距离的同时，也就促进的材料力学理论与实验二者间的融合与统一；因此，在国内外工科高校的力学创新实验教学中有很大的推广空间和实用推广价值。

附图说明

图1是本发明实施例提供的材料力学实验平台的结构框图；

图2是本发明实施例提供的任意分布载荷的加载装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的不同载荷方向的实现装置的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的多功能球面铰支座的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的多功能球面铰支座的另一种结构示意图；

图6是本发明实施例提供的各种截面形状杆件的旋转加载承力装置的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的带圆筒旋转套圈的旋转刚接头连接的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的十字形四通刚接头的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的圆形四通刚接头的结构示意图。

图中：1、任意分布载荷的加载装置；11、上横框梁；12、可移动加载小车；13、蜗杆加载箱；14、加载手柄；15、丝杆；16、力传感器；17、导杆；18、直线轴承；19、上导板；110、可调弹簧；111、弹簧预压量标度样条；112、预压弹簧调节螺母；113、弹簧限位螺杆；114、下导板；115、弹性垫片；116、实验梁体；117、多功能铰支座；118、导杆法兰支座；119、下横梁框；2、不同载荷方向的实现装置；21、承力扣环；22、可旋转固定端支座；3、各种约束方式的实现装置；31、实验梁体；32、圆键轴；33、球面旋转套环；4、各种截面形状杆件的旋转加载承力装置；41、可调固紧螺栓；5、各种截面杆件的组合连接的实现装置；51、刚接头；52、圆筒旋转套圈；53、十字形刚接头；54、圆形刚接头。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种材料力学实验平台，该材料力学实验平台包括：任意分布载荷的加载装置、不同载荷方向的实现装置、各种约束方式的实现装置、各种截面形状杆件的旋转加载承力装置和各种截面杆件的组合连接的实现装置。

作为本发明实施例的一优化方案，任意分布载荷的加载装置包括：上横框梁、可移动加载小车、蜗杆加载箱、加载手柄、丝杆、力传感器、导杆、直线轴承、上导板、可调弹簧、弹簧预压量标度样条、预压弹簧调节螺母、弹簧限位螺杆、下导板、弹性垫片、实验梁体、多功能铰支座、导杆法兰支座、下横梁框；上横梁框设置在任意分布载荷的加载装置的最上端，可移动加载小车连接上横梁框，设置在上横梁框的下侧，蜗杆加载箱安装在可移动加载小车的下方，加载手柄设置在蜗杆加载箱的一侧，力传感器设置在蜗杆加载箱的末端，导杆在任意分布载荷的加载装置的两侧设置，直线轴承设置在上导板和下导板，可调弹簧设置在上导板和下导板之间，弹簧预压量标度样条设置可调弹簧的下面，预压弹簧调节螺母设置在所述所述弹簧预压量标度样条的下面，弹簧限位螺杆贯穿所述可调弹簧的中间，多功能铰支座和导杆法兰支座设置在下横梁框上，实验梁体设置在多功能铰支座，弹性垫片设置在实验梁体的表面。

作为本发明实施例的一优化方案，可移动加载小车通过导轨与上横梁框连接。

作为本发明实施例的一优化方案，力传感器通过丝杠连接蜗杆加载箱。

作为本发明实施例的一优化方案，不同载荷方向的实现装置包括承力扣环、可旋转固定端支座、蜗杆加载箱、实验梁体；承力扣环连接实验梁体，实验梁体连接可旋转固定端支座，蜗杆加载箱连接承力扣环。

作为本发明实施例的一优化方案，各种约束方式的实现装置包括实验梁体、圆键轴、球面旋转套环。

作为本发明实施例的一优化方案，各种截面形状杆件的旋转加载承力装置包括可调固紧螺栓和承力扣环；承力扣环上设置可调固紧螺栓。

作为本发明实施例的一优化方案，各种截面杆件的组合连接的实现装置包括刚接头、圆筒旋转套圈；圆筒旋转套圈设置在刚接头的接口处。

作为本发明实施例的一优化方案，刚接头可以通过所述圆筒旋转套圈插入所述实验梁体，所述实验梁体的截面形状可以是方形、圆形、T形、工字形、槽形等各种形状。

以下参照附图，对本发明实施例材料力学实验平台作进一步详细描述。

如图1所示，本发明实施例的材料力学实验平台主要由任意分布载荷的加载装置1、不同载荷方向的实现装置2、各种约束方式的实现装置3、各种截面形状杆件的旋转加载承力装置4和各种截面杆件的组合连接的实现装置5组成，提高了教学的效果。

如图2所示，是本发明实施例的任意分布载荷的加载装置主要由上横框梁11、可移动加载小车12、蜗杆加载箱13、加载手柄14、丝杆15、力传感器16、导杆17、直线轴承18、上导板19、可调弹簧110、弹簧预压量标度样条111、预压弹簧调节螺母112、弹簧限位螺杆113、下导板114、弹性垫片115、实验梁体116、多功能铰支座117、导杆法兰支座118、下横梁框119组成；设计了一个可独立装卸的可调弹簧组盒，力传感器16传递的集中载荷可以根据具体实验项目换算得到，集中载荷作用在平行移动上导板19上，而上导板19作平行移动，又因材料力学非破坏性实验中杆件的变形量和上导板19变形量都很小，因此所有弹簧110的再压缩变形量都是相同的。因此，只要根据具体的实验项目来计算调节相关参数[每根（或每组）弹簧110的刚度、每根弹簧110的预压缩变形量、弹簧110的数量、弹簧110的密度、弹簧110的分布区域]，即可实现分布载荷的各种情形。例如：若每根（或每组）弹簧110的刚度都相同时，则每根弹簧110的弹力只与每根弹簧110的预压缩变形量和再压缩变形量有关，故只需通过弹簧预压量标度样条111和预压弹簧调节螺母112来调节弹簧组盒中的每根（或每组）弹簧110的预压缩变形量即可实现分布载荷的各种情形。

如图3所示，本发明实施例的不同载荷方向的实现装置主要由承力扣环21、可旋转固定端支座22组成；可旋转固定端支座22内的圆筒旋转套箍23可以带动实验梁体31转动，再由蜗杆加载箱13、力传感器16和承力扣环21实现不同载荷方向的加载。

如图4和图5所示，圆键轴32设置在多功能铰支座118上，在两个或两个以上圆键轴32上设置实验梁体31，也可以圆键轴32由球面旋转套环33代替，实现静定梁或超静定梁以及不同方向加载的功能。

如图6所示，将承力扣环21上设置可调固紧螺栓41，实现实验梁体31的旋转到不同方向加载的功能。

如图7、图8和图9所示，刚接头51接口处设置圆筒旋转套圈52，实现梁体31的旋转，可将多个实验梁体31的通过刚接头51对接，并配合可旋转固定端支座22和多功能铰支座118来形成各种刚架结构。刚接头51还可以为十字形刚接头53或圆形刚接头54。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种材料力学实验平台，其特征在于，所述材料力学实验平台包括：任意分布载荷的加载装置、不同载荷方向的实现装置、各种约束方式的实现装置、各种截面形状杆件的旋转加载承力装置和各种截面杆件的组合连接的实现装置。

2.如权利要求1所述的材料力学实验平台，其特征在于，所述任意分布载荷的加载装置包括：上横框梁、可移动加载小车、蜗杆加载箱、加载手柄、丝杆、力传感器、导杆、直线轴承、上导板、可调弹簧、弹簧预压量标度样条、预压弹簧调节螺母、弹簧限位螺杆、下导板、弹性垫片、实验梁体、多功能铰支座、导杆法兰支座、下横梁框；

所述上横梁框设置在所述任意分布载荷的加载装置的最上端，所述可移动加载小车连接所述上横梁框，设置在所述上横梁框的下侧，蜗杆加载箱安装在所述可移动加载小车的下方，所述加载手柄设置在所述蜗杆加载箱的一侧，所述力传感器设置在所述蜗杆加载箱的末端，所述导杆在所述任意分布载荷的加载装置的两侧设置，所述直线轴承设置在所述上导板和下导板，所述可调弹簧设置在所述上导板和下导板之间，所述弹簧预压量标度样条设置在所述可调弹簧的下面，所述预压弹簧调节螺母设置在所述所述弹簧预压量标度样条的下面，所述弹簧限位螺杆贯穿所述可调弹簧的中间，所述多功能铰支座和导杆法兰支座设置在所述下横梁框上，所述实验梁体设置在所述多功能铰支座，所述弹性垫片设置在所述实验梁体的表面。

3.如权利要求2所述的材料力学实验平台，其特征在于，所述可移动加载小车通过导轨与上横梁框连接。

4.如权利要求2所述的材料力学实验平台，其特征在于，所述力传感器通过丝杠连接蜗杆加载箱。

5.如权利要求1所述的材料力学实验平台，其特征在于，所述不同载荷方向的实现装置包括可旋转固定端支座、承力扣环；

所述实验梁体插入所述可旋转固定端支座，所述承力扣环套在所述实验梁体上，所述力传感器直接压在所述承力扣环上。所述可旋转固定端支座内设置圆筒旋转套箍。

6.如权利要求1所述的材料力学实验平台，其特征在于，所述各种约束方式的实现装置包括可旋转固定端支座、多功能铰支座、圆键轴、球面旋转套环。

7.如权利要求1所述的材料力学实验平台，其特征在于，所述各种截面形状杆件的旋转加载承力装置包括承力扣环和可调固紧螺栓；所述承力扣环上设置所述可调固紧螺栓。

8.如权利要求1所述的材料力学实验平台，其特征在于，所述各种截面杆件的组合连接的实现装置包括刚接头、圆筒旋转套圈；

所述圆筒旋转套圈设置在所述刚接头的接口处。

9.如权利要求8所述的材料力学实验平台，其特征在于，所述刚接头可以通过所述圆筒旋转套圈插入所述实验梁体，所述实验梁体的截面形状可以是方形、圆形、T形、工字形、槽形等形状。

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