CN109959496B - 求解多种梁的动荷因数实验装置及实验方法 - Google Patents
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Abstract
求解多种梁的动荷因数实验装置，包括第一实验台，第一实验台的左侧上一体成型有竖直凸台，竖直凸台的右侧面下侧部固定有U型铁皮箍件，第一实验台的右侧上表面右侧边中部开设有水平连接槽，第一实验台的右侧上表面还固定连接有第一竖直安装架，第一竖直安装架的上侧安装有第一夹持装置，竖直凸台的上表面设有轨道，轨道沿左右方向水平设置，轨道的左端固定有动力弹簧，轨道的右端延伸至竖直凸台的右侧边，轨道内滑动设有第一铅块，轨道的右端部设有测速仪，竖直连接槽、第一竖直安装架、第一夹持装置和轨道的中心线在左右方向上位于同一竖直平面内。本发明设计科学、结构合理、能完成多种梁的冲击实验、满足力学实验教学的需要。
Description
技术领域
本发明涉及力学专业材料力学教学实践领域，具体的说，涉及一种求解多种梁的动荷因数实验装置及实验方法。
背景技术
要精确地分析被冲击物的冲击应力和变形，应考虑弹性体内应力波的传播，其计算较为复杂。在工程中，通常采用一种较为粗略但偏于安全的简化计算方法，作为被冲击物内冲击应力的估算。
关于这方面的教学主要是理论教学，关于实验则比较少。本发明的实验模型则是弥补教学实验方面的不足。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种设计科学、结构合理、能完成多种梁的冲击实验、满足力学实验教学的需要的求解多种梁的动荷因数实验装置及实验方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
求解多种梁的动荷因数实验装置，包括第一实验台，第一实验台的左侧上一体成型有竖直凸台，竖直凸台的右侧面与第一实验台的右侧上表面垂直，竖直凸台的右侧面下侧部固定有U型铁皮箍件以形成竖直连接槽，第一实验台的右侧上表面右侧边中部开设有水平连接槽，水平连接槽的上侧和左侧敞口，水平连接槽的上侧前后两边部连接有平直型铁皮箍件，第一实验台的右侧上表面还固定连接有第一竖直安装架，第一竖直安装架的上侧安装有第一夹持装置，竖直凸台的上表面设有轨道，轨道沿左右方向水平设置，轨道的左端固定有动力弹簧，轨道的右端延伸至竖直凸台的右侧边，轨道内滑动设有第一铅块，轨道的右端部设有测速仪，竖直连接槽、第一竖直安装架、第一夹持装置和轨道的中心线在左右方向上位于同一竖直平面内。
第一竖直安装架的上侧还设有施力装置，施力装置包括竖直连接板和螺杆，竖直连接板的上端安装在第一竖直安装架的上侧，竖直连接板的下端部设有左右通透的螺接孔，螺杆沿左右方向水平螺接在螺接孔中，螺杆的左端设有转动手柄，螺杆的右端设有压头，压头的端部设有压力传感器，竖直连接槽、第一竖直安装架、第一夹持装置和螺杆的中心线在左右方向上位于同一竖直平面内。
还包括第二实验台和梁杆件，第二实验台设置在第一实验台的右侧，第二实验台的高度低于第一实验台的右侧高度，第二实验台的上表面左侧部固定安装有第一蜗轮蜗杆装置、第二蜗轮蜗杆装置和第二竖直安装架，第一蜗轮蜗杆装置和第二蜗轮蜗杆装置前后并列且均位于第二竖直安装架的左侧，第一蜗轮蜗杆装置上设有第一升降机，第一升降机上安装有电动夹爪，电动夹爪沿前后水平方向设置，第一蜗轮蜗杆装置驱动第一升降机上下移动，电动夹爪的后侧夹持有第二铅块，第二蜗轮蜗杆装置上设有第二升降机，第二升降机上安装有激光感应幕布，激光感应幕布沿左右方向竖直设置，第二蜗轮蜗杆装置驱动第二升降机上下移动，激光感应幕布位于第二铅块的后方，第二竖直安装架的顶部安装有第二夹持装置，第二实验台的上表面安装有位于第二竖直安装架右侧的第三蜗轮蜗杆装置，第三蜗轮蜗杆装置上设有第三升降机，第三升降机的顶部安装有滚动支座，第三蜗轮蜗杆装置驱动第三升降机上下移动，水平连接槽、第二铅块、第二夹持装置和滚动支座的中心线在左右方向上位于同一竖直平面内；梁杆件为钢制杆件，梁杆件装配在第一实验台和/或第二实验台上。
第一铅块和第二铅块均为四方体结构，第一铅块的右侧面和第二铅块的下侧面均嵌设有磁块，第二铅块的顶部设有激光发射器，激光感应幕布位于激光发射器的后方，激光发射器的发射端水平朝后设置。
第一夹持装置包括第一U型底座、两个第一伸缩夹头和一个第一测距仪，第一U型底座的下侧、前侧和后侧均敞口，第一U型底座的上侧面固定连接在第一竖直安装架的上侧，两个第一伸缩夹头分别对应设置在第一U型底座的左右两侧内壁上，第一测距仪的底部固定连接在第一U型底座的左侧内壁上，第一测距仪的测试探头水平朝右设置；第二夹持装置包括第二U型底座、两个第二伸缩夹头和一个第二测距仪，第二U型底座的前侧、左侧和右侧均敞口，第二U型底座的下侧面固定连接在第二竖直安装架的上侧面，两个第二伸缩夹头分别对应设置在第二U型底座的上下两侧内壁上，第二测距仪的底部固定连接在第二U型底座的上侧内壁上，第二测距仪的测试探头垂直朝下设置。
求解多种梁的动荷因数实验装置的实验方法，包括四种实验模式：
第一种实验模式：将梁杆件的一端固定连接在第一实验台上的水平连接槽中，形成水平悬臂梁，求解水平悬臂梁的动荷因数；
第二种实验模式：将梁杆件的一端固定连接在第一实验台上的竖直连接槽中，形成竖直悬臂梁，求解竖直悬臂梁的动荷因数；
第三种实验模式：将梁杆件的两端分别放置在第一实验台上的水平连接槽和第二实验台上的滚动支座上，形成水平简支梁，求解水平简支梁的动荷因数；
第四种实验模式：将梁杆件的一端固定在第一实验台上的水平连接槽中，另一端放置在第二实验台上的滚动支座上，形成一次超静定梁，求解一次超静定梁的动荷因数。
第一种实验模式的步骤具体为：
ⅰ.检查实验设备，确认实验设备运行良好；
ⅱ.将梁杆件沿左右方向水平放置，并通过平直型铁皮箍件和螺钉将梁杆件的左端固定连接在水平连接槽中，从而使梁杆件形成水平悬臂梁，此时，梁杆件的右侧水平横置在第二夹持结构的两个第二伸缩夹头之间并穿过第二夹持结构，梁杆件的中部与电动夹爪上的第二铅块上下对应，在梁杆件的中部下侧面设有应变片；
ⅲ. 电动夹爪夹紧第二铅块，通过第一蜗轮蜗杆装置调节第一升降机，进而调节电动夹爪，使铅块与水平悬臂梁的上侧面接触并且水平悬臂梁处于未受力的临界状态，再通过第二蜗轮蜗杆装置调节第二升降机，进而调节激光感应幕布的高度至合适位置，第二铅块顶部的激光发射器向后发射激光正好照射在激光感应幕布的前侧面；
ⅳ.实验设备调节好后，再通过第一蜗轮蜗杆装置将第二铅块升至任意高度；
ⅴ.电动夹爪松开第二铅块，第二铅块向下自由落体，对水平悬臂梁的上侧面中部做竖直冲击，由于第二铅块的下侧面嵌设有磁块，磁块能够吸附在水平悬臂梁上，从而保证第二铅块与水平悬臂梁接触后始终贴合在一起，竖直冲击实验开始，水平悬臂梁在第二铅块的冲击下向下弯曲，第二测距仪实时测量水平悬臂梁向下弯曲时与第二测距仪测试探头对应位置所产生的竖直位移，当第二测距仪测量的位移数值减小时，启动第二夹持结构，两个第二伸缩夹头将水平悬臂梁夹紧，完成一次竖直冲击水平悬臂梁实验，计算机记录此过程中水平悬臂梁下侧面上的应变片所采集的最大应力值ε 1 ；
ⅵ.重复步骤ⅲ、ⅳ、ⅴ完成至少三次竖直冲击水平悬臂梁的实验；
ⅶ.将第二铅块作为静载荷水平放置在水平悬臂梁上侧面受竖直冲击的位置，计算机记录此时水平悬臂梁下侧面上的应变片所采集的应力值ε 2 ；
ⅷ.重复步骤ⅶ至少三次；
ⅸ.求ε 1 的平均值ε d 和ε 2 的平均值ε st ；
ⅹ.求水平悬臂梁在受竖直冲击荷载时由理论计算得到的动荷因数K d1 和由实验数据计算得到的动荷因数K d2 ：
（1）
式（1）中：Δ st 为水平悬臂梁在第二铅块的静载荷作用下受力点向下弯曲的理论位移，P为第二铅块的重量，L为第二铅块作为静载荷放置在水平悬臂梁上时与第一实验台的水平距离，E为水平悬臂梁的弹性模量，I为水平悬臂梁的惯性矩；
（2）
式（2）中：h为第二铅块自由落体的高度，h值等于激光发射器投射在激光感应幕布上的点在竖直方向位置信号通过计算机控制系统转换而输出的数值最大值与最小值的差值；
（3）；
将K d1 和K d2 的数值作比较，若两者误差较小，则由理论计算得到的动荷因数K d1 是值得信服的。
第二种实验模式的步骤具体为：
ⅰ.检查实验设备，确认实验设备运行良好；
ⅱ.将梁杆件竖直放置，并将梁杆件的下端固定连接在由U型铁皮箍件形成的竖直连接槽中，从而使梁杆件形成竖直悬臂梁，梁杆件的上端位于第一夹持结构的两个第一伸缩夹头之间，梁杆件的中部与轨道的右端左右对应，在梁杆件的中部右侧面设有应变片；
ⅲ.第一铅块通过动力弹簧获得向右运动的动力，第一铅块沿轨道向右并对竖直悬臂梁的左侧面中部做水平冲击，由于第一铅块的右侧面嵌设有磁块，磁块能够吸附在竖直悬臂梁上，从而保证第一铅块与竖直悬臂梁接触后始终贴合在一起，水平冲击实验开始，竖直悬臂梁在第一铅块的冲击下向右弯曲，第一测距仪实时测量竖直悬臂梁向右弯曲时与第一测距仪测试探头对应位置所产生的水平位移，当第一测距仪测量的位移数值减小时，启动第一夹持结构，两个第一伸缩夹头将竖直悬臂梁夹紧，完成一次水平冲击竖直悬臂梁实验，测速仪记录第一铅块运动到轨道右端且冲击竖直悬臂梁前的速度v，计算机记录此过程中竖直悬臂梁右侧面上的应变片所采集的最大应力值ε 1 ；
ⅳ.保证第一铅块获得的初始动力相同，重复步骤ⅲ完成至少三次水平冲击竖直悬臂梁的实验；
ⅴ.将轨道从竖直凸台的上表面拆卸下来，再安装施力装置，使螺杆的右端与竖直悬臂梁的左侧面中部受水平冲击处左右对应，旋转转动手柄，使螺杆向右移动，压头对竖直悬臂梁施加水平静荷载F，通过压力传感器保证水平荷载F与第一铅块的自重相等，计算机记录此时竖直悬臂梁右侧面上的应变片所采集的应力值ε 2 ；
ⅵ.重复步骤ⅴ至少三次；
ⅶ.求ε 1 的平均值ε d 和ε 2 的平均值ε st ；
ⅷ.求竖直悬臂梁在受水平冲击荷载时由理论计算得到的动荷因数K d1 和由实验数据计算得到的动荷因数K d2 ：
（4）
式（4）中：Δ st 为竖直悬臂梁在第一铅块的水平静载荷作用下受力点向右弯曲的理论位移，F为水平静荷载，a为竖直悬臂梁上的受力点与竖直悬臂梁的底部固定端之间的距离，E为竖直悬臂梁的弹性模量，I为竖直悬臂梁的惯性矩；
（5）
式（5）中：v为测速仪记录的第一铅块运动到轨道右端时第一铅块的速度，g为重力加速度；
（6）；
将K d1 和K d2 的数值作比较，若两者误差较小，则由理论计算得到的动荷因数K d1 是值得信服的。
第三种实验模式的步骤具体为：
ⅰ.检查实验设备，确认实验设备运行良好；
ⅱ.在第二实验台上安装第三蜗轮蜗杆装置和滚动支座，并通过第三蜗轮蜗杆装置调节第三升降机，使滚动支座的高度与第一实验台上的水平连接槽的高度相同，将梁杆件沿左右方向水平放置，梁杆件的左端放置在水平连接槽中，梁杆件的右侧水平横置在第二夹持结构的两个第二伸缩夹头之间并穿过第二夹持结构，梁杆件的右端放置在滚动支座上，从而使梁杆件形成简支梁，梁杆件的中部与电动夹爪上的第二铅块上下对应，在梁杆件的中部下侧面设有应变片；
ⅲ. 电动夹爪夹紧第二铅块，通过第一蜗轮蜗杆装置调节第一升降机，进而调节电动夹爪，使铅块与简支梁的上侧面接触并且简支梁处于未受力的临界状态，再通过第二蜗轮蜗杆装置调节第二升降机，进而调节激光感应幕布的高度至合适位置，第二铅块顶部的激光发射器向后发射激光正好照射在激光感应幕布的前侧面；
ⅳ.实验设备调节好后，再通过第一蜗轮蜗杆装置将第二铅块升至任意高度；
ⅴ.电动夹爪松开第二铅块，第二铅块向下自由落体，对简支梁的上侧面中部做竖直冲击，由于第二铅块的下侧面嵌设有磁块，磁块能够吸附在简支梁上，从而保证第二铅块与简支梁接触后始终贴合在一起，竖直冲击实验开始，简支梁在第二铅块的冲击下向下弯曲，第二测距仪实时测量简支梁向下弯曲时与第二测距仪测试探头对应位置所产生的竖直位移，当第二测距仪测量的位移数值减小时，启动第二夹持结构，两个第二伸缩夹头将简支梁夹紧，完成一次竖直冲击简支梁实验，计算机记录此过程中简支梁下侧面上的应变片所采集的最大应力值ε 1 ；
ⅵ.重复步骤ⅲ、ⅳ、ⅴ完成至少三次竖直冲击简支梁的实验；
ⅶ.将第二铅块作为静载荷水平放置在简支梁上侧面受竖直冲击的位置，计算机记录此时简支梁下侧面上的应变片所采集的应力值ε 2 ；
ⅷ.重复步骤ⅶ至少三次；
ⅸ.求ε 1 的平均值ε d 和ε 2 的平均值ε st ；
ⅹ.求简支梁在受竖直冲击荷载时由理论计算得到的动荷因数K d1 和由实验数据计算得到的动荷因数K d2 ：
（7）
式（7）中：Δ st 为简支梁在第二铅块的静载荷作用下受力点向下弯曲的理论位移，P为第二铅块的重量，l为第一实验台与滚动支座的水平距离，a为第二铅块作为静载荷放置在简支梁上时与第一实验台的水平距离，b为第二铅块作为静载荷放置在简支梁上时与滚动支座的水平距离，E为简支梁的弹性模量，I为简支梁的惯性矩；
（8）
式（8）中：h为第二铅块自由落体的高度，h值等于激光发射器投射在激光感应幕布上的点在竖直方向位置信号通过计算机控制系统转换而输出的数值最大值与最小值的差值；
（9）；
将K d1 和K d2 的数值作比较，若两者误差较小，则由理论计算得到的动荷因数K d1 是值得信服的。
第四种实验模式的步骤具体为：
ⅰ.检查实验设备，确认实验设备运行良好；
ⅱ.在第二实验台上安装第三蜗轮蜗杆装置和滚动支座，并通过第三蜗轮蜗杆装置调节第三升降机，使滚动支座的高度与第一实验台上的水平连接槽的高度相同，将梁杆件沿左右方向水平放置，通过平直型铁皮箍件和螺钉将梁杆件的左端固定连接在水平连接槽中，梁杆件的右侧水平横置在第二夹持结构的两个第二伸缩夹头之间并穿过第二夹持结构，梁杆件的右端放置在滚动支座上，从而使梁杆件形成一次超静定梁，梁杆件的中部与电动夹爪上的第二铅块上下对应，在梁杆件的中部下侧面设有应变片；
ⅲ. 电动夹爪夹紧第二铅块，通过第一蜗轮蜗杆装置调节第一升降机，进而调节电动夹爪，使铅块与一次超静定梁的上侧面接触并且一次超静定梁处于未受力的临界状态，再通过第二蜗轮蜗杆装置调节第二升降机，进而调节激光感应幕布的高度至合适位置，第二铅块顶部的激光发射器向后发射激光正好照射在激光感应幕布的前侧面；
ⅳ.实验设备调节好后，再通过第一蜗轮蜗杆装置将第二铅块升至任意高度；
ⅴ.电动夹爪松开第二铅块，第二铅块向下自由落体，对一次超静定梁的上侧面中部做竖直冲击，由于第二铅块的下侧面嵌设有磁块，磁块能够吸附在一次超静定梁上，从而保证第二铅块与一次超静定梁接触后始终贴合在一起，竖直冲击实验开始，一次超静定梁在第二铅块的冲击下向下弯曲，第二测距仪实时测量一次超静定梁向下弯曲时与第二测距仪测试探头对应位置所产生的竖直位移，当第二测距仪测量的位移数值减小时，启动第二夹持结构，两个第二伸缩夹头将一次超静定梁夹紧，完成一次竖直冲击一次超静定梁实验，计算机记录此过程中一次超静定梁下侧面上的应变片所采集的最大应力值ε 1 ；
ⅵ.重复步骤ⅲ、ⅳ、ⅴ完成至少三次竖直冲击一次超静定梁的实验；
ⅶ.将第二铅块作为静载荷水平放置在一次超静定梁上侧面受竖直冲击的位置，计算机记录此时一次超静定梁下侧面上的应变片所采集的应力值ε 2 ；
ⅷ.重复步骤ⅶ至少三次；
ⅸ.求ε 1 的平均值ε d 和ε 2 的平均值ε st ；
ⅹ.求一次超静定梁在受竖直冲击荷载时的动荷因数K d ：
（10）。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体地说，本发明的梁杆件可以根据需要装配在第一实验台和/或第二实验台上，分别形成水平悬臂梁、竖直悬臂梁、简支梁和一次超静定梁，再通过第一铅块水平冲击竖直悬臂梁，完成至少三次水平冲击竖直悬臂梁的实验，计算机记录竖直悬臂梁上的应变片测得竖直悬臂梁在受水平冲击荷载过程中的最大应力ε 1 ，再通过施力装置的螺杆对竖直悬臂梁施加水平静荷载，计算机记录竖直悬臂梁上的应变片测得竖直悬臂梁在受水平静荷载时的应力ε 2 ，求出ε 1 的平均值ε d 和ε 2 的平均值ε st ，ε d 与ε st 的比值即为竖直悬臂梁受水平冲击荷载时的动荷因数；同理，通过第二铅块分别竖直冲击水平悬臂梁、简支梁或一次超静定梁，每种梁均完成至少三次竖直冲击实验，计算机分别记录每种梁上的应变片测得其在受竖直冲击荷载过程中的最大应力ε 1 ，再将第二铅块放置在每种梁上对其施加竖直静荷载，计算机分别记录每种梁上的应变片测得其在受竖直静荷载时的应力ε 2 ，求出ε 1 的平均值ε d 和ε 2 的平均值ε st ，ε d 与ε st 的比值即为每种梁受竖直冲击荷载时的动荷因数，本发明能够完成多种梁的冲击实验，求解相应的动荷因数，满足力学实验教学的需要。
本发明的求解多种梁的动荷因数实验装置及实验方法设计科学、结构合理、能完成多种梁的冲击实验、满足力学实验教学的需要。
附图说明
图1是本发明做竖直悬臂梁受水平冲击实验的结构示意图。
图2是本发明做竖直悬臂梁受水平静荷载的结构示意图。
图3是本发明做水平悬臂梁受竖直冲击实验的结构示意图。
图4是本发明做简支梁受竖直冲击实验的结构示意图。
图5是本发明做一次超静定梁受竖直冲击实验的结构示意图。
图6是本发明中第一铅块的结构示意图。
图7是本发明中第二铅块的结构示意图。
图8是本发明中电动夹爪的结构示意图。
图9是图1中A处的局部右视示意图。
图10是本发明中滚动支座的结构示意图。
图11是本发明中第二实验台的右侧视图。
图12是本发明中第一实验台右侧上表面上的水平连接槽的结构示意图。
图13是本发明中U型铁皮箍件的结构示意图。
图14是本发明中U型铁皮箍件的侧向视图。
图15是本发明中平直型铁皮箍件的结构示意图。
图中：1.第一实验台；2.竖直凸台；3.U型铁皮箍件；4.水平连接槽；5.第一竖直安装架；6.第一夹持装置；7.轨道；8.动力弹簧；9.第一铅块；10测速仪；11.竖直连接板；12.螺杆；13.转动手柄；14.压头；15.第二实验台；16.梁杆件；17.第一蜗轮蜗杆装置；18.第二蜗轮蜗杆装置；19.第二竖直安装架；20.电动夹爪；21.第二铅块；22.激光感应幕布；23.第二夹持装置；24.第三蜗轮蜗杆装置；25.滚动支座；26.磁块；27.激光发射器；28.第一U型底座；29.第一伸缩夹头；30.第一测距仪；31.第二U型底座；32.第二伸缩夹头；33.第二测距仪；34.第一升降机；35.第二升降机；36.第三升降机；37.平直型铁皮箍件。
实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的实施例。
如图1-图15所示，求解多种梁的动荷因数实验装置，包括第一实验台1，第一实验台1的左侧上一体成型有竖直凸台2，竖直凸台2的右侧面与第一实验台1的右侧上表面垂直，竖直凸台2的右侧面下侧部固定有U型铁皮箍件3以形成竖直连接槽，第一实验台1的右侧上表面右侧边中部开设有水平连接槽4，水平连接槽4的上侧和左侧敞口，水平连接槽4的上侧前后两边部连接有平直型铁皮箍件37，第一实验台1的右侧上表面还固定连接有第一竖直安装架5，第一竖直安装架5的上侧安装有第一夹持装置6，竖直凸台2的上表面设有轨道7，轨道7沿左右方向水平设置，轨道7的左端固定有动力弹簧8，轨道7的右端延伸至竖直凸台2的右侧边，轨道7内滑动设有第一铅块9，轨道7的右端部设有测速仪10，竖直连接槽、第一竖直安装架5、第一夹持装置6和轨道7的中心线在左右方向上位于同一竖直平面内。
第一竖直安装架5的上侧还设有施力装置，施力装置包括竖直连接板11和螺杆12，竖直连接板11的上端安装在第一竖直安装架5的上侧，竖直连接板11的下端部设有左右通透的螺接孔，螺杆12沿左右方向水平螺接在螺接孔中，螺杆12的左端设有转动手柄13，螺杆12的右端设有压头14，压头14的端部设有压力传感器，竖直连接槽、第一竖直安装架5、第一夹持装置6和螺杆12的中心线在左右方向上位于同一竖直平面内。
还包括第二实验台15和梁杆件16，第二实验台15设置在第一实验台1的右侧，第二实验台15的高度低于第一实验台1的右侧高度，第二实验台15的上表面左侧部固定安装有第一蜗轮蜗杆装置17、第二蜗轮蜗杆装置18和第二竖直安装架19，第一蜗轮蜗杆装置17和第二蜗轮蜗杆装置18前后并列且均位于第二竖直安装架19的左侧，第一蜗轮蜗杆装置17上设有第一升降机34，第一升降机34上安装有电动夹爪20，电动夹爪20沿前后水平方向设置，第一蜗轮蜗杆装置17驱动第一升降机34上下移动，电动夹爪20的后侧夹持有第二铅块21，第二蜗轮蜗杆装置18上设有第二升降机35，第二升降机35上安装有激光感应幕布22，激光感应幕布22沿左右方向竖直设置，第二蜗轮蜗杆装置18驱动第二升降机35上下移动，激光感应幕布22位于第二铅块21的后方，第二竖直安装架19的顶部安装有第二夹持装置23，第二实验台15的上表面安装有位于第二竖直安装架19右侧的第三蜗轮蜗杆装置24，第三蜗轮蜗杆装置24上设有第三升降机36，第三升降机36的顶部安装有滚动支座25，第三蜗轮蜗杆装置24驱动第三升降机36上下移动，水平连接槽4、第二铅块21、第二夹持装置23和滚动支座25的中心线在左右方向上位于同一竖直平面内；梁杆件16为钢制杆件，梁杆件16装配在第一实验台1和/或第二实验台15上。第一夹持装置6和第二夹持装置23均为膳魔师(江苏)家庭制品有限公司的一种垂直冲击实验机中的夹持装置，市场上可以购置；电动夹爪20为沃野机器人智能有限公司生产的机械手夹持器，市场上可以购置。
第一铅块9和第二铅块21均为四方体结构，第一铅块9的右侧面和第二铅块21的下侧面均嵌设有磁块26，第二铅块21的顶部设有激光发射器27，激光感应幕布22位于激光发射器27的后方，激光发射器27的发射端水平朝后设置。激光发射器27、激光感应幕布22以及其配套的计算机控制系统为深圳富泰宏精密工业有限公司发明的激光指示共享方法及系统的组成部分，为现有技术，具体的工作原理和使用方法，不再赘述。
第一夹持装置6包括第一U型底座28、两个第一伸缩夹头29和一个第一测距仪30，第一U型底座28的下侧、前侧和后侧均敞口，第一U型底座28的上侧面固定连接在第一竖直安装架5的上侧，两个第一伸缩夹头29分别对应设置在第一U型底座28的左右两侧内壁上，第一测距仪30的底部固定连接在第一U型底座28的左侧内壁上，第一测距仪30的测试探头水平朝右设置；第二夹持装置23包括第二U型底座31、两个第二伸缩夹头32和一个第二测距仪33，第二U型底座31的前侧、左侧和右侧均敞口，第二U型底座31的下侧面固定连接在第二竖直安装架19的上侧面，两个第二伸缩夹头32分别对应设置在第二U型底座31的上下两侧内壁上，第二测距仪33的底部固定连接在第二U型底座31的上侧内壁上，第二测距仪33的测试探头垂直朝下设置。
求解多种梁的动荷因数实验装置的实验方法，包括四种实验模式：
第一种实验模式：将梁杆件16的一端固定连接在第一实验台1上的水平连接槽4中，形成水平悬臂梁，求解水平悬臂梁的动荷因数；
第二种实验模式：将梁杆件16的一端固定连接在第一实验台1上的竖直连接槽中，形成竖直悬臂梁，求解竖直悬臂梁的动荷因数；
第三种实验模式：将梁杆件16的两端分别放置在第一实验台1上的水平连接槽4和第二实验台15上的滚动支座25上，形成水平简支梁，求解水平简支梁的动荷因数；
第四种实验模式：将梁杆件16的一端固定在第一实验台1上的水平连接槽4中，另一端放置在第二实验台15上的滚动支座25上，形成一次超静定梁，求解一次超静定梁的动荷因数。
第一种实验模式的步骤具体为：
ⅰ.检查实验设备，确认实验设备运行良好；
ⅱ.将梁杆件16沿左右方向水平放置，并通过平直型铁皮箍件37和螺钉将梁杆件16的左端固定连接在水平连接槽4中，从而使梁杆件16形成水平悬臂梁，此时，梁杆件16的右侧水平横置在第二夹持结构的两个第二伸缩夹头32之间并穿过第二夹持结构，梁杆件16的中部与电动夹爪20上的第二铅块21上下对应，在梁杆件16的中部下侧面设有应变片；
ⅲ. 电动夹爪20夹紧第二铅块21，通过第一蜗轮蜗杆装置17调节第一升降机34，进而调节电动夹爪20，使铅块与水平悬臂梁的上侧面接触并且水平悬臂梁处于未受力的临界状态，再通过第二蜗轮蜗杆装置18调节第二升降机35，进而调节激光感应幕布22的高度至合适位置，第二铅块21顶部的激光发射器27向后发射激光正好照射在激光感应幕布22的前侧面；
ⅳ.实验设备调节好后，再通过第一蜗轮蜗杆装置17将第二铅块21升至任意高度；
ⅴ.电动夹爪20松开第二铅块21，第二铅块21向下自由落体，对水平悬臂梁的上侧面中部做竖直冲击，由于第二铅块21的下侧面嵌设有磁块26，磁块26能够吸附在水平悬臂梁上，从而保证第二铅块21与水平悬臂梁接触后始终贴合在一起，竖直冲击实验开始，水平悬臂梁在第二铅块21的冲击下向下弯曲，第二测距仪33实时测量水平悬臂梁向下弯曲时与第二测距仪33测试探头对应位置所产生的竖直位移，当第二测距仪33测量的位移数值减小时，启动第二夹持结构，两个第二伸缩夹头32将水平悬臂梁夹紧，完成一次竖直冲击水平悬臂梁实验，计算机记录此过程中水平悬臂梁下侧面上的应变片所采集的最大应力值ε 1 ；
ⅵ.重复步骤ⅲ、ⅳ、ⅴ完成至少三次竖直冲击水平悬臂梁的实验；
ⅶ.将第二铅块21作为静载荷水平放置在水平悬臂梁上侧面受竖直冲击的位置，计算机记录此时水平悬臂梁下侧面上的应变片所采集的应力值ε 2 ；
ⅷ.重复步骤ⅶ至少三次；
ⅸ.求ε 1 的平均值ε d 和ε 2 的平均值ε st ；
ⅹ.求水平悬臂梁在受竖直冲击荷载时由理论计算得到的动荷因数K d1 和由实验数据计算得到的动荷因数K d2 ：
（1）
式（1）中：Δ st 为水平悬臂梁在第二铅块21的静载荷作用下受力点向下弯曲的理论位移，P为第二铅块21的重量，L为第二铅块21作为静载荷放置在水平悬臂梁上时与第一实验台1的水平距离，E为水平悬臂梁的弹性模量，I为水平悬臂梁的惯性矩；
（2）
式（2）中：h为第二铅块21自由落体的高度，h值等于激光发射器27投射在激光感应幕布22上的点在竖直方向位置信号通过计算机控制系统转换而输出的数值最大值与最小值的差值；
（3）；
将K d1 和K d2 的数值作比较，若两者误差较小，则由理论计算得到的动荷因数K d1 是值得信服的。
第二种实验模式的步骤具体为：
ⅰ.检查实验设备，确认实验设备运行良好；
ⅱ.将梁杆件16竖直放置，并将梁杆件16的下端固定连接在由U型铁皮箍件3形成的竖直连接槽中，从而使梁杆件16形成竖直悬臂梁，梁杆件16的上端位于第一夹持结构的两个第一伸缩夹头29之间，梁杆件16的中部与轨道7的右端左右对应，在梁杆件16的中部右侧面设有应变片；
ⅲ.第一铅块9通过动力弹簧8获得向右运动的动力，第一铅块9沿轨道7向右并对竖直悬臂梁的左侧面中部做水平冲击，由于第一铅块9的右侧面嵌设有磁块26，磁块26能够吸附在竖直悬臂梁上，从而保证第一铅块9与竖直悬臂梁接触后始终贴合在一起，水平冲击实验开始，竖直悬臂梁在第一铅块9的冲击下向右弯曲，第一测距仪30实时测量竖直悬臂梁向右弯曲时与第一测距仪30测试探头对应位置所产生的水平位移，当第一测距仪30测量的位移数值减小时，启动第一夹持结构，两个第一伸缩夹头29将竖直悬臂梁夹紧，完成一次水平冲击竖直悬臂梁实验，测速仪10记录第一铅块9运动到轨道7右端且冲击竖直悬臂梁前的速度v，计算机记录此过程中竖直悬臂梁右侧面上的应变片所采集的最大应力值ε 1 ；
ⅳ.保证第一铅块9获得的初始动力相同，重复步骤ⅲ完成至少三次水平冲击竖直悬臂梁的实验；
ⅴ.将轨道7从竖直凸台2的上表面拆卸下来，再安装施力装置，使螺杆12的右端与竖直悬臂梁的左侧面中部受水平冲击处左右对应，旋转转动手柄13，使螺杆12向右移动，压头14对竖直悬臂梁施加水平静荷载F，通过压力传感器保证水平荷载F与第一铅块9的自重相等，计算机记录此时竖直悬臂梁右侧面上的应变片所采集的应力值ε 2 ；
ⅵ.重复步骤ⅴ至少三次；
ⅶ.求ε 1 的平均值ε d 和ε 2 的平均值ε st ；
ⅷ.求竖直悬臂梁在受水平冲击荷载时由理论计算得到的动荷因数K d1 和由实验数据计算得到的动荷因数K d2 ：
（4）
式（4）中：Δ st 为竖直悬臂梁在第一铅块9的水平静载荷作用下受力点向右弯曲的理论位移，F为水平静荷载，a为竖直悬臂梁上的受力点与竖直悬臂梁的底部固定端之间的距离，E为竖直悬臂梁的弹性模量，I为竖直悬臂梁的惯性矩；
（5）
式（5）中：v为测速仪10记录的第一铅块9运动到轨道7右端时第一铅块9的速度，g为重力加速度；
（6）；
将K d1 和K d2 的数值作比较，若两者误差较小，则由理论计算得到的动荷因数K d1 是值得信服的。
第三种实验模式的步骤具体为：
ⅰ.检查实验设备，确认实验设备运行良好；
ⅱ.在第二实验台15上安装第三蜗轮蜗杆装置24和滚动支座25，将梁杆件16沿左右方向水平放置，梁杆件16的左端放置在水平连接槽4中，梁杆件16的右侧水平横置在第二夹持结构的两个第二伸缩夹头32之间并穿过第二夹持结构，梁杆件16的右端放置在滚动支座25上，从而使梁杆件16形成简支梁，梁杆件16的中部与电动夹爪20上的第二铅块21上下对应，在梁杆件16的中部下侧面设有应变片；
ⅲ. 电动夹爪20夹紧第二铅块21，通过第一蜗轮蜗杆装置17调节第一升降机34，进而调节电动夹爪20，使铅块与简支梁的上侧面接触并且简支梁处于未受力的临界状态，再通过第二蜗轮蜗杆装置18调节第二升降机35，进而调节激光感应幕布22的高度至合适位置，第二铅块21顶部的激光发射器27向后发射激光正好照射在激光感应幕布22的前侧面；
ⅳ.实验设备调节好后，再通过第一蜗轮蜗杆装置17将第二铅块21升至任意高度；
ⅴ.电动夹爪20松开第二铅块21，第二铅块21向下自由落体，对简支梁的上侧面中部做竖直冲击，由于第二铅块21的下侧面嵌设有磁块26，磁块26能够吸附在简支梁上，从而保证第二铅块21与简支梁接触后始终贴合在一起，竖直冲击实验开始，简支梁在第二铅块21的冲击下向下弯曲，第二测距仪33实时测量简支梁向下弯曲时与第二测距仪33测试探头对应位置所产生的竖直位移，当第二测距仪33测量的位移数值减小时，启动第二夹持结构，两个第二伸缩夹头32将简支梁夹紧，完成一次竖直冲击简支梁实验，计算机记录此过程中简支梁下侧面上的应变片所采集的最大应力值ε 1 ；
ⅵ.重复步骤ⅲ、ⅳ、ⅴ完成至少三次竖直冲击简支梁的实验；
ⅶ.将第二铅块21作为静载荷水平放置在简支梁上侧面受竖直冲击的位置，计算机记录此时简支梁下侧面上的应变片所采集的应力值ε 2 ；
ⅷ.重复步骤ⅶ至少三次；
ⅸ.求ε 1 的平均值ε d 和ε 2 的平均值ε st ；
ⅹ.求简支梁在受竖直冲击荷载时由理论计算得到的动荷因数K d1 和由实验数据计算得到的动荷因数K d2 ：
（7）
式（7）中：Δ st 为简支梁在第二铅块21的静载荷作用下受力点向下弯曲的理论位移，P为第二铅块21的重量，l为第一实验台1与滚动支座25的水平距离，a为第二铅块21作为静载荷放置在简支梁上时与第一实验台1的水平距离，b为第二铅块21作为静载荷放置在简支梁上时与滚动支座25的水平距离，E为简支梁的弹性模量，I为简支梁的惯性矩；
（8）
式（8）中：h为第二铅块21自由落体的高度，h值等于激光发射器27投射在激光感应幕布22上的点在竖直方向位置信号通过计算机控制系统转换而输出的数值最大值与最小值的差值；
（9）；
将K d1 和K d2 的数值作比较，若两者误差较小，则由理论计算得到的动荷因数K d1 是值得信服的。
第四种实验模式的步骤具体为：
ⅰ.检查实验设备，确认实验设备运行良好；
ⅱ.在第二实验台15上安装第三蜗轮蜗杆装置24和滚动支座25，将梁杆件16沿左右方向水平放置，通过平直型铁皮箍件37和螺钉将梁杆件16的左端固定连接在水平连接槽4中，梁杆件16的右侧水平横置在第二夹持结构的两个第二伸缩夹头32之间并穿过第二夹持结构，梁杆件16的右端放置在滚动支座25上，从而使梁杆件16形成一次超静定梁，梁杆件16的中部与电动夹爪20上的第二铅块21上下对应，在梁杆件16的中部下侧面设有应变片；
ⅲ. 电动夹爪20夹紧第二铅块21，通过第一蜗轮蜗杆装置17调节第一升降机34，进而调节电动夹爪20，使铅块与一次超静定梁的上侧面接触并且一次超静定梁处于未受力的临界状态，再通过第二蜗轮蜗杆装置18调节第二升降机35，进而调节激光感应幕布22的高度至合适位置，第二铅块21顶部的激光发射器27向后发射激光正好照射在激光感应幕布22的前侧面；
ⅳ.实验设备调节好后，再通过第一蜗轮蜗杆装置17将第二铅块21升至任意高度；
ⅴ.电动夹爪20松开第二铅块21，第二铅块21向下自由落体，对一次超静定梁的上侧面中部做竖直冲击，由于第二铅块21的下侧面嵌设有磁块26，磁块26能够吸附在一次超静定梁上，从而保证第二铅块21与一次超静定梁接触后始终贴合在一起，竖直冲击实验开始，一次超静定梁在第二铅块21的冲击下向下弯曲，第二测距仪33实时测量一次超静定梁向下弯曲时与第二测距仪33测试探头对应位置所产生的竖直位移，当第二测距仪33测量的位移数值减小时，启动第二夹持结构，两个第二伸缩夹头32将一次超静定梁夹紧，完成一次竖直冲击一次超静定梁实验，计算机记录此过程中一次超静定梁下侧面上的应变片所采集的最大应力值ε 1 ；
ⅵ.重复步骤ⅲ、ⅳ、ⅴ完成至少三次竖直冲击一次超静定梁的实验；
ⅶ.将第二铅块21作为静载荷水平放置在一次超静定梁上侧面受竖直冲击的位置，计算机记录此时一次超静定梁下侧面上的应变片所采集的应力值ε 2 ；
ⅷ.重复步骤ⅶ至少三次；
ⅸ.求ε 1 的平均值ε d 和ε 2 的平均值ε st ；
ⅹ.求一次超静定梁在受竖直冲击荷载时的动荷因数K d ：
（10）。
本发明的梁杆件16可以根据需要装配在第一实验台1和/或第二实验台15上，分别形成水平悬臂梁、竖直悬臂梁、简支梁和一次超静定梁，再通过第一铅块9水平冲击竖直悬臂梁，完成至少三次水平冲击竖直悬臂梁的实验，计算机记录竖直悬臂梁上的应变片测得竖直悬臂梁在受水平冲击荷载过程中的最大应力ε 1 ，再通过施力装置的螺杆12对竖直悬臂梁施加水平静荷载，计算机记录竖直悬臂梁上的应变片测得竖直悬臂梁在受水平静荷载时的应力ε 2 ，求出ε 1 的平均值ε d 和ε 2 的平均值ε st ，ε d 与ε st 的比值即为竖直悬臂梁受水平冲击荷载时的动荷因数；同理，通过第二铅块21分别竖直冲击水平悬臂梁、简支梁或一次超静定梁，每种梁均完成至少三次竖直冲击实验，计算机分别记录每种梁上的应变片测得其在受竖直冲击荷载过程中的最大应力ε 1 ，再将第二铅块21放置在每种梁上对其施加竖直静荷载，计算机分别记录每种梁上的应变片测得其在受竖直静荷载时的应力ε 2 ，求出ε 1 的平均值ε d 和ε 2 的平均值ε st ，ε d 与ε st 的比值即为每种梁受竖直冲击荷载时的动荷因数，本发明能够完成多种梁的冲击实验，求解相应的动荷因数，满足力学实验教学的需要。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.求解多种梁的动荷因数实验装置，其特征在于：包括第一实验台，第一实验台的左侧上一体成型有竖直凸台，竖直凸台的右侧面与第一实验台的右侧上表面垂直，竖直凸台的右侧面下侧部固定有U型铁皮箍件以形成竖直连接槽，第一实验台的右侧上表面右侧边中部开设有水平连接槽，水平连接槽的上侧和左侧敞口，水平连接槽的上侧前后两边部连接有平直型铁皮构件，第一实验台的右侧上表面还固定连接有第一竖直安装架，第一竖直安装架的上侧安装有第一夹持装置，竖直凸台的上表面设有轨道，轨道沿左右方向水平设置，轨道的左端固定有动力弹簧，轨道的右端延伸至竖直凸台的右侧边，轨道内滑动设有第一铅块，轨道的右端部设有测速仪，竖直连接槽、第一竖直安装架、第一夹持装置和轨道的中心线在左右方向上位于同一竖直平面内；
在实验时，将轨道从竖直凸台的上表面拆卸下来，再安装施力装置；施力装置包括竖直连接板和螺杆，竖直连接板的上端安装在第一竖直安装架的上侧，竖直连接板的下端部设有左右通透的螺接孔，螺杆沿左右方向水平螺接在螺接孔中，螺杆的左端设有转动手柄，螺杆的右端设有压头，压头的端部设有压力传感器，竖直连接槽、第一竖直安装架、第一夹持装置和螺杆的中心线在左右方向上位于同一竖直平面内；
还包括第二实验台和梁杆件，第二实验台设置在第一实验台的右侧，第二实验台的高度低于第一实验台的右侧高度，第二实验台的上表面左侧部固定安装有第一蜗轮蜗杆装置、第二蜗轮蜗杆装置和第二竖直安装架，第一蜗轮蜗杆装置和第二蜗轮蜗杆装置前后并列且均位于第二竖直安装架的左侧，第一蜗轮蜗杆装置上设有第一升降机，第一升降机上安装有电动夹爪，电动夹爪沿前后水平方向设置，第一蜗轮蜗杆装置驱动第一升降机上下移动，电动夹爪的后侧夹持有第二铅块，第二蜗轮蜗杆装置上设有第二升降机，第二升降机上安装有激光感应幕布，激光感应幕布沿左右方向竖直设置，第二蜗轮蜗杆装置驱动第二升降机上下移动，激光感应幕布位于第二铅块的后方，第二竖直安装架的顶部安装有第二夹持装置，第二实验台的上表面安装有位于第二竖直安装架右侧的第三蜗轮蜗杆装置，第三蜗轮蜗杆装置上设有第三升降机，第三升降机的顶部安装有滚动支座，第三蜗轮蜗杆装置驱动第三升降机上下移动，水平连接槽、第二铅块、第二夹持装置和滚动支座的中心线在左右方向上位于同一竖直平面内；梁杆件为钢制杆件，梁杆件装配在第一实验台上或者同时装配在第一实验台和第二实验台上。
2.根据权利要求1所述的求解多种梁的动荷因数实验装置，其特征在于：第一铅块和第二铅块均为四方体结构，第一铅块的右侧面和第二铅块的下侧面均嵌设有磁块，第二铅块的顶部设有激光发射器，激光感应幕布位于激光发射器的后方，激光发射器的发射端水平朝后设置。
3.根据权利要求2所述的求解多种梁的动荷因数实验装置，其特征在于：第一夹持装置包括第一U型底座、两个第一伸缩夹头和一个第一测距仪，第一U型底座的下侧、前侧和后侧均敞口，第一U型底座的上侧面固定连接在第一竖直安装架的上侧，两个第一伸缩夹头分别对应设置在第一U型底座的左右两侧内壁上，第一测距仪的底部固定连接在第一U型底座的左侧内壁上，第一测距仪的测试探头水平朝右设置；第二夹持装置包括第二U型底座、两个第二伸缩夹头和一个第二测距仪，第二U型底座的前侧、左侧和右侧均敞口，第二U型底座的下侧面固定连接在第二竖直安装架的上侧面，两个第二伸缩夹头分别对应设置在第二U型底座的上下两侧内壁上，第二测距仪的底部固定连接在第二U型底座的上侧内壁上，第二测距仪的测试探头垂直朝下设置。
4.如权利要求3中所述的求解多种梁的动荷因数实验装置的实验方法，其特征在于：包括四种实验模式：
第一种实验模式：将梁杆件的一端固定连接在第一实验台上的水平连接槽中，形成水平悬臂梁，求解水平悬臂梁的动荷因数；
第二种实验模式：将梁杆件的一端固定连接在第一实验台上的竖直连接槽中，形成竖直悬臂梁，求解竖直悬臂梁的动荷因数；
第三种实验模式：将梁杆件的两端分别放置在第一实验台上的水平连接槽和第二实验台上的滚动支座上，形成水平简支梁，求解水平简支梁的动荷因数；
第四种实验模式：将梁杆件的一端固定在第一实验台上的水平连接槽中，另一端放置在第二实验台上的滚动支座上，形成一次超静定梁，求解一次超静定梁的动荷因数。
5.根据权利要求4所述的求解多种梁的动荷因数实验装置的实验方法，其特征在于：第一种实验模式的步骤具体为：
ⅰ.检查实验设备，确认实验设备运行良好；
ⅱ.将梁杆件沿左右方向水平放置，并通过平直型铁皮箍件和螺钉将梁杆件的左端固定连接在水平连接槽中，从而使梁杆件形成水平悬臂梁，此时，梁杆件的右侧水平横置在第二夹持结构的两个第二伸缩夹头之间并穿过第二夹持结构，梁杆件的中部与电动夹爪上的第二铅块上下对应，在梁杆件的中部下侧面设有应变片；
ⅲ. 电动夹爪夹紧第二铅块，通过第一蜗轮蜗杆装置调节第一升降机，进而调节电动夹爪，使铅块与水平悬臂梁的上侧面接触并且水平悬臂梁处于未受力的临界状态，再通过第二蜗轮蜗杆装置调节第二升降机，进而调节激光感应幕布的高度至合适位置，第二铅块顶部的激光发射器向后发射激光正好照射在激光感应幕布的前侧面；
ⅳ.实验设备调节好后，再通过第一蜗轮蜗杆装置将第二铅块升至任意高度；
ⅴ.电动夹爪松开第二铅块，第二铅块向下自由落体，对水平悬臂梁的上侧面中部做竖直冲击，由于第二铅块的下侧面嵌设有磁块，磁块能够吸附在水平悬臂梁上，从而保证第二铅块与水平悬臂梁接触后始终贴合在一起，竖直冲击实验开始，水平悬臂梁在第二铅块的冲击下向下弯曲，第二测距仪实时测量水平悬臂梁向下弯曲时与第二测距仪测试探头对应位置所产生的竖直位移，当第二测距仪测量的位移数值减小时，启动第二夹持结构，两个第二伸缩夹头将水平悬臂梁夹紧，完成一次竖直冲击水平悬臂梁实验，计算机记录此过程中水平悬臂梁下侧面上的应变片所采集的最大应力值ε 1 ；
ⅵ.重复步骤ⅲ、ⅳ、ⅴ完成至少三次竖直冲击水平悬臂梁的实验；
ⅶ.将第二铅块作为静载荷水平放置在水平悬臂梁上侧面受竖直冲击的位置，计算机记录此时水平悬臂梁下侧面上的应变片所采集的应力值ε 2 ；
ⅷ.重复步骤ⅶ至少三次；
ⅸ.求ε 1 的平均值ε d 和ε 2 的平均值ε st ；
ⅹ.求水平悬臂梁在受竖直冲击荷载时由理论计算得到的动荷因数K d1 和由实验数据计算得到的动荷因数K d2 ：
（1）
式（1）中：Δ st 为水平悬臂梁在第二铅块的静载荷作用下受力点向下弯曲的理论位移，P为第二铅块的重量，L为第二铅块作为静载荷放置在水平悬臂梁上时与第一实验台的水平距离，E为水平悬臂梁的弹性模量，I为水平悬臂梁的惯性矩；
（2）
式（2）中：h为第二铅块自由落体的高度，h值等于激光发射器投射在激光感应幕布上的点在竖直方向位置信号通过计算机控制系统转换而输出的数值最大值与最小值的差值；
（3）；
将K d1 和K d2 的数值作比较，若两者误差较小，则由理论计算得到的动荷因数K d1 是值得信服的。
6.根据权利要求4所述的求解多种梁的动荷因数实验装置的实验方法，其特征在于：第二种实验模式的步骤具体为：
ⅰ.检查实验设备，确认实验设备运行良好；
ⅱ.将梁杆件竖直放置，并将梁杆件的下端固定连接在由U型铁皮箍件形成的竖直连接槽中，从而使梁杆件形成竖直悬臂梁，梁杆件的上端位于第一夹持结构的两个第一伸缩夹头之间，梁杆件的中部与轨道的右端左右对应，在梁杆件的中部右侧面设有应变片；
ⅲ.第一铅块通过动力弹簧获得向右运动的动力，第一铅块沿轨道向右并对竖直悬臂梁的左侧面中部做水平冲击，由于第一铅块的右侧面嵌设有磁块，磁块能够吸附在竖直悬臂梁上，从而保证第一铅块与竖直悬臂梁接触后始终贴合在一起，水平冲击实验开始，竖直悬臂梁在第一铅块的冲击下向右弯曲，第一测距仪实时测量竖直悬臂梁向右弯曲时与第一测距仪测试探头对应位置所产生的水平位移，当第一测距仪测量的位移数值减小时，启动第一夹持结构，两个第一伸缩夹头将竖直悬臂梁夹紧，完成一次水平冲击竖直悬臂梁实验，测速仪记录第一铅块运动到轨道右端且冲击竖直悬臂梁前的速度v，计算机记录此过程中竖直悬臂梁右侧面上的应变片所采集的最大应力值ε 1 ；
ⅳ.保证第一铅块获得的初始动力相同，重复步骤ⅲ完成至少三次水平冲击竖直悬臂梁的实验；
ⅴ.将轨道从竖直凸台的上表面拆卸下来，再安装施力装置，使螺杆的右端与竖直悬臂梁的左侧面中部受水平冲击处左右对应，旋转转动手柄，使螺杆向右移动，压头对竖直悬臂梁施加水平静荷载F，通过压力传感器保证水平荷载F与第一铅块的自重相等，计算机记录此时竖直悬臂梁右侧面上的应变片所采集的应力值ε 2 ；
ⅵ.重复步骤ⅴ至少三次；
ⅶ.求ε 1 的平均值ε d 和ε 2 的平均值ε st ；
ⅷ.求竖直悬臂梁在受水平冲击荷载时由理论计算得到的动荷因数K d1 和由实验数据计算得到的动荷因数K d2 ：
（4）
式（4）中：Δ st 为竖直悬臂梁在第一铅块的水平静载荷作用下受力点向右弯曲的理论位移，F为水平静荷载，a为竖直悬臂梁上的受力点与竖直悬臂梁的底部固定端之间的距离，E为竖直悬臂梁的弹性模量，I为竖直悬臂梁的惯性矩；
（5）
式（5）中：v为测速仪记录的第一铅块运动到轨道右端时第一铅块的速度，g为重力加速度；
（6）；
将K d1 和K d2 的数值作比较，若两者误差较小，则由理论计算得到的动荷因数K d1 是值得信服的。
7.根据权利要求4所述的求解多种梁的动荷因数实验装置的实验方法，其特征在于：第三种实验模式的步骤具体为：
ⅰ.检查实验设备，确认实验设备运行良好；
ⅱ.在第二实验台上安装第三蜗轮蜗杆装置和滚动支座，并通过第三蜗轮蜗杆装置调节第三升降机，使滚动支座的高度与第一实验台上的水平连接槽的高度相同，将梁杆件沿左右方向水平放置，梁杆件的左端放置在水平连接槽中，梁杆件的右侧水平横置在第二夹持结构的两个第二伸缩夹头之间并穿过第二夹持结构，梁杆件的右端放置在滚动支座上，从而使梁杆件形成简支梁，梁杆件的中部与电动夹爪上的第二铅块上下对应，在梁杆件的中部下侧面设有应变片；
ⅲ. 电动夹爪夹紧第二铅块，通过第一蜗轮蜗杆装置调节第一升降机，进而调节电动夹爪，使铅块与简支梁的上侧面接触并且简支梁处于未受力的临界状态，再通过第二蜗轮蜗杆装置调节第二升降机，进而调节激光感应幕布的高度至合适位置，第二铅块顶部的激光发射器向后发射激光正好照射在激光感应幕布的前侧面；
ⅳ.实验设备调节好后，再通过第一蜗轮蜗杆装置将第二铅块升至任意高度；
ⅴ.电动夹爪松开第二铅块，第二铅块向下自由落体，对简支梁的上侧面中部做竖直冲击，由于第二铅块的下侧面嵌设有磁块，磁块能够吸附在简支梁上，从而保证第二铅块与简支梁接触后始终贴合在一起，竖直冲击实验开始，简支梁在第二铅块的冲击下向下弯曲，第二测距仪实时测量简支梁向下弯曲时与第二测距仪测试探头对应位置所产生的竖直位移，当第二测距仪测量的位移数值减小时，启动第二夹持结构，两个第二伸缩夹头将简支梁夹紧，完成一次竖直冲击简支梁实验，计算机记录此过程中简支梁下侧面上的应变片所采集的最大应力值ε 1 ；
ⅵ.重复步骤ⅲ、ⅳ、ⅴ完成至少三次竖直冲击简支梁的实验；
ⅶ.将第二铅块作为静载荷水平放置在简支梁上侧面受竖直冲击的位置，计算机记录此时简支梁下侧面上的应变片所采集的应力值ε 2 ；
ⅷ.重复步骤ⅶ至少三次；
ⅸ.求ε 1 的平均值ε d 和ε 2 的平均值ε st ；
ⅹ.求简支梁在受竖直冲击荷载时由理论计算得到的动荷因数K d1 和由实验数据计算得到的动荷因数K d2 ：
（7）
式（7）中：Δ st 为简支梁在第二铅块的静载荷作用下受力点向下弯曲的理论位移，P为第二铅块的重量，l为第一实验台与滚动支座的水平距离，a为第二铅块作为静载荷放置在简支梁上时与第一实验台的水平距离，b为第二铅块作为静载荷放置在简支梁上时与滚动支座的水平距离，E为简支梁的弹性模量，I为简支梁的惯性矩；
（8）
式（8）中：h为第二铅块自由落体的高度，h值等于激光发射器投射在激光感应幕布上的点在竖直方向位置信号通过计算机控制系统转换而输出的数值最大值与最小值的差值；
（9）；
将K d1 和K d2 的数值作比较，若两者误差较小，则由理论计算得到的动荷因数K d1 是值得信服的。
8.根据权利要求4所述的求解多种梁的动荷因数实验装置的实验方法，其特征在于：第四种实验模式的步骤具体为：
ⅰ.检查实验设备，确认实验设备运行良好；
ⅱ.在第二实验台上安装第三蜗轮蜗杆装置和滚动支座，并通过第三蜗轮蜗杆装置调节第三升降机，使滚动支座的高度与第一实验台上的水平连接槽的高度相同，将梁杆件沿左右方向水平放置，通过平直型铁皮箍件和螺钉将梁杆件的左端固定连接在水平连接槽中，梁杆件的右侧水平横置在第二夹持结构的两个第二伸缩夹头之间并穿过第二夹持结构，梁杆件的右端放置在滚动支座上，从而使梁杆件形成一次超静定梁，梁杆件的中部与电动夹爪上的第二铅块上下对应，在梁杆件的中部下侧面设有应变片；
ⅲ. 电动夹爪夹紧第二铅块，通过第一蜗轮蜗杆装置调节第一升降机，进而调节电动夹爪，使铅块与一次超静定梁的上侧面接触并且一次超静定梁处于未受力的临界状态，再通过第二蜗轮蜗杆装置调节第二升降机，进而调节激光感应幕布的高度至合适位置，第二铅块顶部的激光发射器向后发射激光正好照射在激光感应幕布的前侧面；
ⅳ.实验设备调节好后，再通过第一蜗轮蜗杆装置将第二铅块升至任意高度；
ⅴ.电动夹爪松开第二铅块，第二铅块向下自由落体，对一次超静定梁的上侧面中部做竖直冲击，由于第二铅块的下侧面嵌设有磁块，磁块能够吸附在一次超静定梁上，从而保证第二铅块与一次超静定梁接触后始终贴合在一起，竖直冲击实验开始，一次超静定梁在第二铅块的冲击下向下弯曲，第二测距仪实时测量一次超静定梁向下弯曲时与第二测距仪测试探头对应位置所产生的竖直位移，当第二测距仪测量的位移数值减小时，启动第二夹持结构，两个第二伸缩夹头将一次超静定梁夹紧，完成一次竖直冲击一次超静定梁实验，计算机记录此过程中一次超静定梁下侧面上的应变片所采集的最大应力值ε 1 ；
ⅵ.重复步骤ⅲ、ⅳ、ⅴ完成至少三次竖直冲击一次超静定梁的实验；
ⅶ.将第二铅块作为静载荷水平放置在一次超静定梁上侧面受竖直冲击的位置，计算机记录此时一次超静定梁下侧面上的应变片所采集的应力值ε 2 ；
ⅷ.重复步骤ⅶ至少三次；
ⅸ.求ε 1 的平均值ε d 和ε 2 的平均值ε st ；
ⅹ.求一次超静定梁在受竖直冲击荷载时的动荷因数K d ：
（10）。
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