CN107702980A - 弹性模量、抗弯刚度多功能组合实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供弹性模量、抗弯刚度多功能组合实验装置，包括激光传感器(1)、标尺(3)、底座(4)、垫块(5)、挂架(6)、左支座(7)、右支座(8)、支撑件(9)、滑轮(11)；所述的标尺(3)安装在底座(4)上，底座(4)中部开设有安装槽，左支座(7)固定于安装槽(4)上，右支座(8)通过定位螺栓安装在底座(4)的安装槽上，支撑件(9)也安装在底座(4)的安装槽上，支撑件(9)设置于左支座(7)与右支座(8)之间，激光传感器(1)安装于支撑件(9)上。本发明简便易行；可根据试件刚度和试件长、截面形式、无损测定弹性模量；也可直接测定抗弯刚度，由此可进一步对压杆的弹性稳定性进行计算。
Description
技术领域
本发明属于实验设备领域，为测定等直杆件弹性模量和抗弯刚度的多功能组合实验装置。
背景技术
目前对于材料弹性模量的测定，较为常用的方法是对等直杆件进行拉伸或压缩试验，用引伸计或应变片来测定应变，根据胡克定律来导出弹性模量。采用以上方法，多需要大型力学拉伸或压缩设备，试件也需要加工成为所需要的形状，对于复合材料的抗弯刚度也不能直接测得，实验也不能保障材料不被破坏，实验后的材料一般不能再被应用。
因此，有必要对材料力学实验的测试方法进行改进，能直接测得均质材料弹性模量和杆件抗弯刚度，此外根据抗弯刚度值EI，无需进行截面尺寸的测定，可进一步(通过材料力学公式)进行压杆的弹性稳定性校核和验算。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供弹性模量、抗弯刚度多功能组合实验装置，能够直接测得复合材料的抗弯刚度。
本发明采用如下技术方案：
弹性模量、抗弯刚度多功能组合实验装置，包括激光传感器1、砝码2、标尺3、底座4、垫块5、挂架6、左支座7、右支座8、支撑件9、钢丝10、滑轮11；
所述的标尺3安装在底座4上，底座4中部开设有安装槽，左支座7固定在底座4上，右支座8通过定位螺栓安装在底座4的安装槽上，支撑件9也安装在底座4的安装槽上，支撑件9设置于左支座7与右支座8之间，激光传感器1安装于支撑件9上，待测杆件14安装于左支座7和右支座8上，且安装后待测杆件14处于水平，与标尺3保持平行，并用垫块5将待测杆件14压紧，用紧固螺栓将垫块5固定在左支座7和右支座8上，滑轮11安装于支撑件9上。
进一步的，实验时，所述的支撑件9位于左支座7与右支座8连线的中部。
进一步的，还包括反射片12，反射片12设置于激光传感器1竖直下方的待测杆件14上，待测杆件14与钢丝10栓接，连接点位于反射片12正下方，钢丝10绕过滑轮11、左支座7，其另一端与挂架6相连，挂架6上设置有砝码2。
进一步的，还包括加载尺13，加载尺13设置于激光传感器1竖直下方的待测杆件14上，待测杆件14与钢丝10栓接，连接点位于加载尺13两端部正下方的待测杆件14上，钢丝10绕过滑轮11、左支座7，其另一端与挂架6相连，挂架6上设置有砝码2。
进一步的，所述的加载尺13安装在待测杆件14上，加载尺13的中线与待测杆件14的中线在竖直方向重合。
另一种弹性模量、抗弯刚度多功能组合实验装置，包括激光传感器1、砝码2、标尺3、底座4、垫块5、挂架6、左支座7、支撑件9、钢丝10、滑轮11、反射片12、待测杆件14；
所述的标尺3设置在底座4上，底座4中部开设有安装槽，左支座7固定在底座4上，支撑件9也安装于底座4的安装槽上，激光传感器1安装于支撑件9上，滑轮11也安装在支撑件9上；
待测杆件14一端设置在左支座7上，且安装后，待测杆件14处于水平，与标尺3保持平行，垫块5将待测杆件14安装在左支座7上，并通过用紧固螺栓将垫块5固定，反射片12安装于待测杆件14的另一端上，待测杆件14与钢丝10栓接，连接点位于反射片12正下方，钢丝10绕过滑轮11、左支座7，其另一端与挂架6相连，挂架6上设置有砝码2。
进一步的，所述的反射片12设置于激光传感器1的竖直下方的待测杆件14上。
进一步的，还包括水平仪，水平仪安装于底座4上，并位于底座4的左侧。
本发明根据简支梁三点弯、四点弯，悬臂梁的挠度计算理论，在线弹性和小变形条件下，简支梁中点和悬臂梁远端的挠度值依赖于所受力的大小和杆件的抗弯刚度值。通过受力分析，可求出抗弯刚度，在已知直杆截面形状和尺寸后，则可求出材料弹性模量，并可通过激光传感器测出杆件的挠度值。
附图说明
图1为本发明的结构示意图Ⅰ；
图2为本发明的结构示意图Ⅱ；
图3为本发明的结构示意图Ⅲ；
图4为垫块结构示意图；
图5为砝码示意图；
图6为加载尺结构示意图；
图7为反射片结构示意图；
图8为简支梁三点弯受力图；
图9为简支梁四点弯受力图；
图10为悬臂梁受力图；
图11为本发明的俯视图。
图中：1-激光传感器、2-砝码、3-标尺、4-底座、5-垫块、6-挂架、7-左支座、8-右支座、9-支撑杆、10-钢丝、11-滑轮、12-反射片、13-加载尺、14-待测杆件。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1实施例1为简支梁三点弯具体实施例
如图1、图4、图5、图6、图7、图8、图11所示，弹性模量、抗弯刚度多功能组合实验装置，包括激光传感器1、砝码2、标尺3、底座4、垫块5、挂架6、左支座7、右支座8、支撑件9、钢丝10、滑轮11；
所述的标尺3安装在底座4上，底座4中部开设有安装槽，左支座7固定于底座4上，右支座8通过定位螺栓安装在底座4的安装槽上，支撑件9也安装在底座4的安装槽上，支撑件9设置于左支座7与右支座8之间，激光传感器1安装于支撑件9上，待测杆件14安装于左支座7和右支座8上，且安装后，待测杆件14处于水平，与标尺3保持平行，并用垫块5将待测杆件14压紧在左支座7和右支座8上，用紧固螺栓将垫块5固定，滑轮11安装于支撑件9上。
进一步的，所述的支撑件9位于左支座7与右支座8连线的中部。
进一步的，还包括反射片12，反射片12设置于激光传感器1竖直下方的待测杆件14上，待测杆件14中部与钢丝10栓接，连接点位于反射片12正下方，钢丝10绕过滑轮11、左支座7，其另一端与挂架6相连，挂架6上设置有砝码2。
进一步的，还包括水平仪，水平仪安装于底座4上，并位于底座4的左侧，用于方便仪器调平。
具体操作过程：
将弹性模量、抗弯刚度多功能组合实验装置组装好，即将右支座8、支撑件9使用定位螺栓安装在底座4上，并将激光传感器1安装在支撑件9上，并将待测杆件14安装在左支座7、右支座8，垫块5将待测杆件14的压住，并用紧固螺栓将垫块5固定，在待测杆件14的中间位置放置反射片12，用钢丝10一端与待测杆件14的中部栓接，钢丝绕过滑轮11、左支座7，钢丝10的另一端栓接在挂架6上，挂架6上逐渐增加砝码。
如图8所示，为待测杆件的受力分析图，根据抗弯刚度公式：
根据最大扰度值ωmax＝Fl3/48EI(根据材料力学查表可得)，通过逐级加载砝码2，发射片12将待测杆件14的形变反射给激光传感器1，激光传感器1测量并得到待测杆件14中点的扰度值ωc，根据加载量F(即砝码的大小)、中点扰度值ωc和支距l可求得抗弯刚度值EI。
由于杆件未达到最大扰度，杆件未被破坏，通过激光传感器测量得到一定变形时的扰度值ωc，而杆件的长度l可通过标尺测量得到，作用力F通过添加的砝码得到，因此较方便的求出了杆件的抗弯刚度值EI和弹性模量E。
实施例2实施例2为简支梁四点弯具体实施例
如图2、图4、图5、图6、图7、图9所示，弹性模量、抗弯刚度多功能组合实验装置，包括激光传感器1、砝码2、标尺3、底座4、垫块5、挂架6、左支座7、右支座8、支撑件9、钢丝10、滑轮11；
所述的标尺3安装在底座4上，底座4中部开设有安装槽，左支座7固定于底座4上，右支座8通过定位螺栓安装在底座4的安装槽上，支撑件9也安装在底座4的安装槽上，支撑件9设置于左支座7与右支座8之间，激光传感器1安装于支撑件9上，待测杆件14安装于左支座7和右支座8上，且安装后待测杆件14处于水平，与标尺3保持平行，并用垫块5将待测杆件14压紧在左支座7和右支座8上，用紧固螺栓将垫块5固定，滑轮11安装于支撑件9上。
进一步的，所述的支撑件9位于左支座7与右支座8连线的中部。
进一步的，还包括加载尺13，加载尺13左右两支点距离m可调，加载尺13设置于激光传感器1竖直下方的待测杆件14上，待测杆件14与钢丝10栓接，连接点位于加载尺13两端部正下方的待测杆件14上，钢丝10绕过滑轮11、左支座7，其另一端与挂架6相连，挂架6上设置有砝码2。
进一步的，所述的加载尺13安装在待测杆件14上，加载尺13的中线与待测杆件14的中线在竖直反向重合。
进一步的，还包括水平仪，水平仪安装于底座4上，并位于底座4的左侧，用于方便仪器调平。
具体操作过程：将弹性模量、抗弯刚度多功能组合实验装置组装好，即将右支座8、支撑件9安装在底座4上，并将激光传感器1安装在支撑件9上，并将待测杆件14安装在左支座7、右支座8，用垫块5将待测杆件14压住在左支座7和右支座8上，并用紧固螺栓将垫块5固定，在待测杆件14的中间位置放置加载尺13，用钢丝10一端与待测杆件14的中部栓接，钢丝绕过滑轮11、左支座7，钢丝10的另一端栓接在挂架6上，挂架6上逐渐增加砝码。
如图9所示，为待测杆件的受力分析图，根据抗弯刚度：
则可求得弹性模量：
通过逐级加载砝码2可知道作用力大小F，加载尺13反射待测杆件14的变形，激光传感器1测量，并记录激光传感器1的读数，可知道扰度值ωc，根据加载量F、中点扰度值ωc和支距l和加载尺的长度m，可求得抗弯刚度值EI，从而求得弹性模量E，与原有方式相比操作更简便，且不用破坏材料，试验后的材料可根据其力学指标直接应用。
实施例3实施例3为悬臂梁抗弯具体实施例
如图3、图4、图5、图6、图7、图10所示，包括激光传感器1、砝码2、标尺3、底座4、垫块5、挂架6、左支座7、支撑件9、钢丝10、滑轮11、反射片12、待测杆件14；
所述的标尺3设置在底座4上，底座4中部开设有安装槽，左支座7固定在底座4上，支撑件9也安装于底座4的安装槽上，激光传感器1安装于支撑件9上，滑轮11也安装在支撑件9上；
待测杆件14一端设置在左支座7上，且安装后待测杆件14处于水平，与标尺3保持平行，垫块5将待测杆件14安装左支座7上，并通过用紧固螺栓将垫块5固定，反射片12安装于待测杆件14的另一端上，待测杆件14与钢丝10栓接，连接点位于反射片12正下方，钢丝10绕过滑轮11、左支座7，其另一端与挂架6相连，挂架6上设置有砝码2。
进一步的，所述的反射片12设置于激光传感器1的竖直下方的待测杆件14上。
进一步的，还包括水平仪，水平仪安装于底座4上，并位于底座4的左侧，用于方便仪器调平。
具体操作过程：
将弹性模量、抗弯刚度多功能组合实验装置组装好，即将支撑件9安装在底座4上，并将激光传感器1安装在支撑件9上，并将待测杆件14安装在左支座7，垫块5将待测杆件14的压住，并用紧固螺栓将垫块5固定，在待测杆件14的右端部放置反射片12，用钢丝10一端与待测杆件14的右端部栓接，钢丝绕过滑轮11、左支座7，钢丝10的另一端栓接在挂架6上，挂架6上逐渐增加砝码。
如图10所示，为待测杆件的受力分析图，根据抗弯刚度：
则可求得弹性模量：
通过逐级加载砝码，反射片12反射加载砝码后待测杆件14的扰度(变形量)，激光传感器1通过测量并记录得到扰度值ωc，据加载量F、右侧的扰度值ωc和悬臂加载距离l可求得抗弯刚度值EI，并求出E。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.弹性模量、抗弯刚度多功能组合实验装置，其特征在于，包括激光传感器(1)、标尺(3)、底座(4)、垫块(5)、挂架(6)、左支座(7)、右支座(8)、支撑件(9)、滑轮(11)；
所述的标尺(3)安装在底座(4)上，底座(4)中部开设有安装槽，左支座(7)固定于底座(4)上，右支座(8)通过定位螺栓安装在底座(4)的安装槽上，支撑件(9)也安装在底座(4)的安装槽上，支撑件(9)设置于左支座(7)与右支座(8)之间，激光传感器(1)安装于支撑件(9)上，待测杆件(14)安装于左支座(7)和右支座(8)上，且安装后待测杆件(14)处于水平，与标尺(3)保持平行，并用垫块(5)将待测杆件(14)压紧在左支座7和右支座8上，用紧固螺栓将垫块(5)固定，滑轮(11)安装于支撑件(9)上。
2.根据权利要求1所述的弹性模量、抗弯刚度多功能组合实验装置，其特征在于，实验时，所述的支撑件(9)调于左支座(7)与右支座(8)连线的中部。
3.根据权利要求2所述的弹性模量、抗弯刚度多功能组合实验装置，其特征在于，还包括反射片(12)，反射片(12)设置于激光传感器(1)竖直下方的待测杆件(14)上，待测杆件(14)中部与钢丝(10)栓接，连接点位于反射片(12)正下方，钢丝(10)绕过滑轮(11)、左支座(7)，其另一端与挂架(6)相连，挂架(6)上设置有砝码(2)。
4.根据权利要求2所述的弹性模量、抗弯刚度多功能组合实验装置，其特征在于，还包括加载尺(13)，加载尺(13)设置于激光传感器(1)竖直下方的待测杆件(14)上，待测杆件(14)与钢丝(10)栓接，连接点位于加载尺(13)两端部正下方的待测杆件(14)上，钢丝(10)绕过滑轮(11)、左支座(7)，其另一端与挂架(6)相连，挂架(6)上设置有砝码(2)。
5.根据权利要求4所述的弹性模量、抗弯刚度多功能组合实验装置，其特征在于，所述的加载尺(13)安装在待测杆件(14)上，加载尺(13)的中线与待测杆件(14)的中线在竖直方向重合。
6.弹性模量、抗弯刚度多功能组合实验装置，其特征在于，包括激光传感器(1)、砝码(2)、标尺(3)、底座(4)、垫块(5)、挂架(6)、左支座(7)、支撑件(9)、钢丝(10)、滑轮(11)、反射片(12)、待测杆件(14)；
所述的标尺(3)设置在底座(4)上，底座(4)中部开设有安装槽，左支座(7)固定在底座(4)上，支撑件(9)也安装于底座(4)的安装槽上，激光传感器(1)安装于支撑件(9)上，滑轮(11)也安装在支撑件(9)上；
待测杆件(14)一端设置在左支座(7)上，且安装后待测杆件(14)处于水平，与标尺(3)保持平行，垫块(5)将待测杆件(14)安装在左支座(7)上，并通过用紧固螺栓将垫块(5)固定，反射片(12)安装于待测杆件(14)的另一端上，待测杆件(14)与钢丝(10)栓接，连接点位于反射片(12)正下方，钢丝(10)绕过滑轮(11)、左支座(7)，其另一端与挂架(6)相连，挂架(6)上设置有砝码(2)。
7.根据权利要求8所述的弹性模量、抗弯刚度多功能组合实验装置，其特征在于，所述的反射片(12)设置于激光传感器(1)的竖直下方的待测杆件(14)上。
8.根据权利要求1或8所述的弹性模量、抗弯刚度多功能组合实验装置，其特征在于，还包括水平仪，水平仪安装于底座(4)上，并位于底座(4)的左侧。
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