CN113533018B - 材料力学综合实验平台 - Google Patents

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Abstract

一种材料力学综合实验平台，包括底板，于底板的上侧面设置有T型槽，两条T型槽以底板的中心呈中心对称结构设置。本发明还提供了力加载器、挠度测试装置以及倾角测试装置，力加载器可在T型槽内行走，于位移传感器的顶端设置有接触头，由接触头与进行挠度测试试样的底面接触并对挠度测试试样施加挠度测试作用力，倾角测试装置用于夹住挠度测试试样，由倾角传感器获取挠度测试试样的倾角数据。本发明中，对称式底座结构可以容纳多名同学进行两种不同的电测实验；设置有倾角测试装置，挠度转角的利用传感器直观测量，实现试样挠度转角任一点测量，提高实验测试效率。本发明是一种能够进行多项材料力学实验的实验装置。

Description

材料力学综合实验平台
技术领域
本发明涉及教学设备技术领域，更具体地说，特别涉及一种材料力学综合实验平台。
背景技术
材料力学是众多理工科院校重要的一门专业基础课，其中部分概念含义抽象，导致学生不能真正理解，因此绝大多数学校开设实验课程，加深学生对材料力学概念的理解。但是，现有的实验仪器绝大部分是针对材料力学实验中不同的实验而单独设计实验仪器，这使得学生无法在同一仪器上完成多种类型的实验，影响了实验效率。并且，过多的实验仪器占用了非常多的教学实验室空间，增加了教学实验成本。
在少部分高校实验室使用了可以进行多种实验的综合实验装置台，但由于这种实验装置台不够完善，仍然有部分实验不能实现。另外，现有的实验装置台价格昂贵、操作繁琐，影响教学实验质量。
对于应用型本科生而言，实验操作更能提高学生的实践创新能力，满足社会发展的需要，有利于人才培养和社会建设，因此对于高校教学实验室实验装置的创新显得尤为急切、重要。
综上所述，国内大部分高校所使用的材料力学实验装置具有以下突出问题：
1、功能单一，只能单独测试应力应变或扭矩等，占用较多的实验室空间，增加教学成本；
2、无法实现全试件应力加载，只能在试件固定位置处增加荷载；
3、部分实验仪器采用的传动机构为蜗轮蜗杆传动，这种传动结构会造成实验仪器存在笨重、空间占用大等问题。
发明内容
(一)技术问题
综上所述，如何提供一种能够进行多项材料力学实验的实验装置，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
(二)技术方案
本发明提供了一种材料力学综合实验平台，该材料力学综合实验平台包括：
底板，于所述底板的上侧面设置有两条T型槽，两条所述T型槽以所述底板的中心呈中心对称结构设置；
弯扭测试组合装置，所述弯扭测试组合装置包括有抱头架，用于固定夹持弯扭测试试样，所述抱头架固定设置于所述底板上；
等强度测试组合装置，所述等强度测试组合装置包括有等强度测试支持装置，用于固定夹持挠度测试试样，所述等强度测试支持装置固定设置于所述底板上；
力加载器，所述力加载器包括有可在所述T型槽内行走的第一底座，于所述第一底座上固定设置有拉压传感器，于所述拉压传感器的测试端安装有龙门架结构的安装架，于所述安装架上设置有高度可调的调高螺杆，于所述调高螺杆的底端设置有夹头，由所述夹头与弯扭测试试样或挠度测试试样接触实现对试样的力的加载，所述力加载器设置有两个，两个所述力加载器分别设置在两个所述T型槽上；
挠度测试装置，所述挠度测试装置包括有可在所述T型槽内行走的第二底座，于所述第二底座上通过连接架设置有位移传感器，于所述位移传感器的顶端设置有接触头，由所述接触头与进行挠度测试试样的底面接触并对挠度测试试样施加挠度测试作用力；
倾角测试装置，所述倾角测试装置用于夹住挠度测试试样，所述倾角测试装置上设置有安装槽，于所述安装槽内设置有倾角传感器，由所述倾角传感器获取挠度测试试样的倾角数据。
优选地，在本发明所提供的材料力学综合实验平台中，于所述底板的上侧面设置有两条L型槽，两条所述L型槽以所述底板的中心呈中心对称结构设置，所述L型槽覆盖于所述T型槽上，且所述L型槽的宽度大于所述T型槽的宽度，所述第一底座以及所述第二底座均可于所述L型槽内行走，由所述L型槽对所述第一底座以及所述第二底座的行走进行限位。
优选地，在本发明所提供的材料力学综合实验平台中，所述等强度测试组合装置还包括有试样自由端支架；所述试样自由端支架与所述等强度测试支持装置相对设置；由所述等强度测试支持装置以及所述试样自由端支架对挠度测试试样的两端分别进行支撑。
优选地，在本发明所提供的材料力学综合实验平台中，所述安装架包括有两个竖直设置的安装架杆，两个所述安装架杆平行且间隔设置，于所述安装架杆的底端设置有第一连板，所述第一连板与所述拉压传感器的测试端固定连接，于所述安装架杆的顶端设置有第二连板，于所述第二连板的中心位置开设有螺纹孔，所述调高螺杆与所述螺纹孔螺纹配合。
优选地，在本发明所提供的材料力学综合实验平台中，所述调高螺杆的顶端设置有调节手轮。
优选地，在本发明所提供的材料力学综合实验平台中，所述连接架包括有连接架竖杆，所述连接架竖杆竖直设置，于所述连接架竖杆上可上下滑动地设置有调高滑块，于所述调高滑块上固定设置有连接架横杆，所述连接架横杆水平设置，所述连接架横杆的一端与所述调高滑块固定连接，所述连接架横杆的另一端设置有夹紧装置，由所述夹紧装置对所述位移传感器进行安装。
优选地，在本发明所提供的材料力学综合实验平台中，还包括有辅助力加载装置，所述辅助力加载装置设置有两个，两个所述辅助力加载装置以所述底板的中心呈中心对称结构设置，两个所述辅助力加载装置设置在两个所述T型槽之间。
优选地，在本发明所提供的材料力学综合实验平台中，所述底板为硬质材料底板，所述底板为一体式结构。
优选地，在本发明所提供的材料力学综合实验平台中，所述抱头架通过螺栓固定在所述底板上；所述等强度测试支持装置通过螺栓固定在所述底板上。
优选地，在本发明所提供的材料力学综合实验平台中，还包括有应变仪，所述应变仪与所述位移传感器以及所述倾角传感器信号连接。
(三)有益效果
本发明提供了一种材料力学综合实验平台，该材料力学综合实验平台包括底板，于底板的上侧面设置有两条T型槽，两条T型槽以底板的中心呈中心对称结构设置，本发明还提供了弯扭测试组合装置，用于固定夹持弯扭测试试样，抱头架固定设置于底板上，以及等强度测试组合装置，用于固定夹持挠度测试试样。本发明还提供了力加载器、挠度测试装置以及倾角测试装置，力加载器可在T型槽内行走，于位移传感器的顶端设置有接触头，由接触头与进行挠度测试试样的底面接触并对挠度测试试样施加挠度测试作用力，倾角测试装置用于夹住挠度测试试样，由倾角传感器获取挠度测试试样的倾角数据。
在本发明中，底板上设置有凹槽，压力传感器可以在凹槽内滑动，可以实现对试样的任意一点提供加载力，底盘开不同种类槽口，使灵活性得到提高，可以快速更换配件，完成多种实验；对称式底座结构可以容纳多名同学进行两种不同的电测实验；设置有倾角测试装置，挠度转角的利用传感器直观测量，实现试样挠度转角任一点测量，提高实验测试效率。本发明是一种能够进行多项材料力学实验的实验装置。
附图说明
图1为本发明实施例中材料力学综合实验平台的主视图；
图2为本发明实施例中材料力学综合实验平台的侧视图；
图3为本发明实施例中材料力学综合实验平台的俯视图；
图4为本发明实施例中底板的结构示意简图；
图5为本发明实施例中压杆稳定实验加载装置装配在底板上的结构示意图。
在图1至图5中，部件名称与附图编号的对应关系为：
底板1、T型槽2、抱头架3、等强度测试支持装置4、第一底座5、拉压传感器6、调高螺杆7、夹头8、第二底座9、位移传感器10、倾角测试装置11、L型槽12、安装架杆13、第一连板14、第二连板15、调节手轮16、龙门式构架17、加载杆18、拉杆头19、压杆稳定试件20。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参考图1至图5，其中，图1为本发明实施例中材料力学综合实验平台的主视图；图2为本发明实施例中材料力学综合实验平台的侧视图；图3为本发明实施例中材料力学综合实验平台的俯视图；图4为本发明实施例中底板的结构示意简图；图5为本发明实施例中压杆稳定实验加载装置装配在底板上的结构示意图。
本发明提供了一种材料力学综合实验平台，该材料力学综合实验平台包括如下组成部分：
1、底板1
底板1是本发明的结构基础，用于安装本发明的其他组成部分。在本发明中，底板1为一块面积较大、由硬质材料制作而成的板式结构。底板1可以为长方形板，也可以为正方形板。在使用状态下，底板1一般是放置在讲台、课桌或者实验桌上，底板1的底面为平面，底板1的上侧面设置有两条T型槽2，两条T型槽2以底板1的中心呈中心对称结构设置。上述的T型槽2，是指单条槽体在底板1的上侧面为T字形结构。底板1上设置有两条T型槽2，分别用于两种不同实验(弯扭测试与挠度测试)用具的安装。
在本发明中，底板1可以由金属材料，例如不锈钢、铝型材，或者可以由高分子材料，例如PVC塑料或者PPS塑料，制作而成，并且，底板1优先采用一体式结构，这样能够保证底板1具有较高的结构强度。
进一步地，于底板1的上侧面设置有两条L型槽12，两条L型槽12以底板1的中心呈中心对称结构设置，L型槽12覆盖于T型槽2上，且L型槽12的宽度大于T型槽2的宽度，第一底座5以及第二底座9均可于L型槽12内行走，由L型槽12对第一底座5以及第二底座9的行走进行限位。上述的L型槽12，是指单条槽体在底板1的上侧面为L字形。并且，L型槽12的宽度大于T型槽2的宽度，L型槽12的深度小于T型槽2的深度。
2、弯扭测试组合装置
弯扭测试组合装置用于对弯扭测试试样进行弯扭测试实验。
弯扭测试组合装置包括有抱头架3，用于固定夹持弯扭测试试样，抱头架3固定设置于底板1上。抱头架3上具有一个圆孔结构的安装孔，用于安装一个L型的弯扭测试试样。弯扭测试试样的一端固定装配到抱头架3的安装孔中。抱头架3的底端通过螺栓装配在底板1上。在本发明的一个优选实施方式中，抱头架3可以由金属材料制成，例如铝型材，或者由高分子材料制成，例如PPS。
3、等强度测试组合装置
等强度测试组合装置用于对挠度测试试样进行挠度测试实验。
等强度测试组合装置包括有等强度测试支持装置4，用于固定夹持挠度测试试样。挠度测试试样为一个梯形板式结构，挠度测试试样较宽的一端固定安装到等强度测试支持装置4上，另一端(较窄的一端)可以悬空设置，也可以设置一个试样自由端支架进行支撑。
等强度测试支持装置4由螺栓固定在底板1上，等强度测试支持装置4的顶端通过四个螺栓设置有压块，由压块压住挠度测试试样，从而实现挠度测试试样端部在等强度测试支持装置4上的固定安装。
优选地，等强度测试组合装置还包括有试样自由端支架，试样自由端支架与等强度测试支持装置4相对设置，由等强度测试支持装置4以及试样自由端支架对挠度测试试样的两端分别进行支撑。试样自由端支架的底端通过螺栓固定在底板1上，试样自由端支架的顶端设置了与挠度测试试样较窄一端的宽度相同的卡槽。
4、力加载器
力加载器是本发明中对试样施加压力或者拉力的装置，同时，其还具有拉压作用力数据获取的功能。
在本发明中，力加载器包括有可在T型槽2内行走的第一底座5，第一底座5为正方体结构，第一底座5能够卡装在L型槽12内并滑动，由L型槽12对第一底座5的滑动进行限位。
于第一底座5上固定设置有拉压传感器6，拉压传感器6为圆柱体结构，拉压传感器6的底端可以通过螺栓固定在第一底座5上，于拉压传感器6的测试端(顶端)安装有龙门架结构的安装架，于安装架上设置有高度可调的调高螺杆7，于调高螺杆7的底端设置有夹头8，由夹头8与弯扭测试试样或挠度测试试样接触实现对试样的力的加载。
具体地，安装架包括有两个竖直设置的安装架杆13，两个安装架杆13平行且间隔设置，于安装架杆13的底端设置有第一连板14，安装架杆13的底端与第一连板14相抵后并由螺栓进行固定，第一连板14与拉压传感器6的测试端通过螺栓固定连接。于安装架杆13的顶端设置有第二连板15，安装架杆13的顶端与第二连板15相抵后由螺栓进行固定。于第二连板15的中心位置开设有螺纹孔，调高螺杆7与螺纹孔螺纹配合。
进一步地，第一连板14以及第二连板15均采用金属材料制成，优选为不锈钢。
进一步地，调高螺杆7的顶端设置有调节手轮16。
本发明主要进行两种不同实验，即弯扭测试与挠度测试。因此，本发明中力加载器也设置有两个，分别对应弯扭测试与挠度测试对应使用，两个力加载器分别设置在两个T型槽2上，具体是可滑动地设置在L型槽12内。
5、挠度测试装置
挠度测试装置用于对试样施加作用力，从而进行挠度测试。
挠度测试装置包括有可在T型槽2内行走的第二底座9，第二底座9为正方体结构，第二底座9能够在L型槽12内滑动。
于第二底座9上通过连接架设置有位移传感器10，于位移传感器10的顶端设置有接触头，由接触头与进行挠度测试试样的底面接触并对挠度测试试样施加挠度测试作用力。
具体地，连接架包括有连接架竖杆，连接架竖杆竖直设置，于连接架竖杆上可上下滑动地设置有调高滑块，于调高滑块上固定设置有连接架横杆，连接架横杆水平设置，连接架横杆的一端与调高滑块固定连接，连接架横杆的另一端设置有夹紧装置，由夹紧装置对位移传感器10进行安装，夹紧装置为U形夹头8结构。
6、倾角测试装置11
倾角测试装置11用于夹住挠度测试试样，倾角测试装置11上设置有安装槽，于安装槽内设置有倾角传感器，由倾角传感器获取挠度测试试样的倾角数据。
7、辅助力加载装置
辅助力加载装置用于在其他实验中提供加载力。
辅助力加载装置设置有两个，两个辅助力加载装置以底板1的中心呈中心对称结构设置，两个辅助力加载装置设置在两个T型槽2之间。
8、应变仪
应变仪与位移传感器10以及倾角传感器信号连接，具体是通过数据线进行连接，从而实现信号的传输。应变仪是指电阻应变仪，其是利用金属的应变-电阻效应制成的电阻应变计，可测量电阻变化，进而间接测量构件的应变。
在上述结构设计中，本发明利用螺纹传动形式进行加载，加载更加灵活。可移动的加载模块，可以实现试件多点荷载加载，以实现多处数据测量。对称式底座结构设计，可以同时容纳多名同学进行两种不同的电测实验。
9、压杆稳定实验加载装置
压杆稳定实验加载装置是本发明中又一项实验用的组件，其安装在底板1上靠近底板1的边缘位置上。在设置有压杆稳定实验加载装置后，本发明在底板1(具体是在底板1上设置的安装座上)上还开设了安装槽孔结构，用于实现拉压传感器6在底板1上的可拆卸安装。
压杆稳定实验加载装置具体包括有龙门式构架17，龙门式构架17采用金属构件组装而成(两个间隔设置的光轴立杆以及设置在两个光轴立杆之间的横板，在横板上开设有螺纹孔，通过螺纹孔设置了加载杆18)，龙门式构架17竖直安装在底板1上，在龙门式构架17上设置有加载杆18，加载杆18与龙门式构架17为螺纹连接结构，在加载杆18的顶端设置有手轮，通过转动手轮驱动加载杆18的旋转实现加载杆18在龙门式构架17上的移动个(沿加载杆18的轴向移动)，在加载杆18以及拉压传感器6上可拆装式地安装有U型夹子式的拉杆头19，通过上、下设置的拉杆头19(设置在加载杆18以及拉压传感器6上)夹住压杆稳定试件20，然后通过加载杆18向压杆稳定试件20施加拉力或者压力，从而使其变形完成实验操作。在本发明中，底板1上所开设的用于安装拉压传感器6的槽孔结构可以为花键槽，在拉压传感器6的底部设置有与花键槽形状吻合的花键式装配头。
进一步地，本发明还可以在龙门式构架17上设置减速齿轮组，手轮与减速齿轮组的输入齿轮键连接，减速齿轮组的输出齿轮与加载杆18通过键连接，通过减速齿轮组能够增加手轮的输出扭矩(减小输出转速)，从而更方便压杆稳定实验的进行。
需要说明一点的是：本发明中，在底板1上所开设的T型槽2和L型槽12中设置有可移动的安装座，安装座属于底板1的组成部分，在安装座上开设有上述的花键槽，从而实现拉压传感器6在安装座上的可拆卸安装。
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种材料力学综合实验平台，其特征在于，包括：
底板(1)，于所述底板的上侧面设置有两条T型槽(2)，两条所述T型槽以所述底板的中心呈中心对称结构设置；
弯扭测试组合装置，所述弯扭测试组合装置包括有抱头架(3)，用于固定夹持弯扭测试试样，所述抱头架固定设置于所述底板上；
等强度测试组合装置，所述等强度测试组合装置包括有等强度测试支持装置(4)，用于固定夹持挠度测试试样，所述等强度测试支持装置固定设置于所述底板上；
力加载器，所述力加载器包括有可在所述T型槽内行走的第一底座(5)，于所述第一底座上固定设置有拉压传感器(6)，于所述拉压传感器的测试端安装有龙门架结构的安装架，于所述安装架上设置有高度可调的调高螺杆(7)，于所述调高螺杆的底端设置有夹头(8)，由所述夹头与弯扭测试试样或挠度测试试样接触实现对试样的力的加载，所述力加载器设置有两个，两个所述力加载器分别设置在两个所述T型槽上；
挠度测试装置，所述挠度测试装置包括有可在所述T型槽内行走的第二底座(9)，于所述第二底座上通过连接架设置有位移传感器(10)，于所述位移传感器的顶端设置有接触头，由所述接触头与进行挠度测试试样的底面接触并对挠度测试试样施加挠度测试作用力；
倾角测试装置(11)，所述倾角测试装置用于夹住挠度测试试样，所述倾角测试装置上设置有安装槽，于所述安装槽内设置有倾角传感器，由所述倾角传感器获取挠度测试试样的倾角数据。
2.根据权利要求1所述的材料力学综合实验平台，其特征在于，
于所述底板的上侧面设置有两条L型槽(12)，两条所述L型槽以所述底板的中心呈中心对称结构设置，所述L型槽覆盖于所述T型槽上，且所述L型槽的宽度大于所述T型槽的宽度，所述第一底座以及所述第二底座均可于所述L型槽内行走，由所述L型槽对所述第一底座以及所述第二底座的行走进行限位。
3.根据权利要求1所述的材料力学综合实验平台，其特征在于，
所述等强度测试组合装置还包括有试样自由端支架；
所述试样自由端支架与所述等强度测试支持装置相对设置；
由所述等强度测试支持装置以及所述试样自由端支架对挠度测试试样的两端分别进行支撑。
4.根据权利要求1所述的材料力学综合实验平台，其特征在于，
所述安装架包括有两个竖直设置的安装架杆(13)，两个所述安装架杆平行且间隔设置，于所述安装架杆的底端设置有第一连板(14)，所述第一连板与所述拉压传感器的测试端固定连接，于所述安装架杆的顶端设置有第二连板(15)，于所述第二连板的中心位置开设有螺纹孔，所述调高螺杆与所述螺纹孔螺纹配合。
5.根据权利要求4所述的材料力学综合实验平台，其特征在于，
所述调高螺杆的顶端设置有调节手轮(16)。
6.根据权利要求1所述的材料力学综合实验平台，其特征在于，
所述连接架包括有连接架竖杆，所述连接架竖杆竖直设置，于所述连接架竖杆上可上下滑动地设置有调高滑块，于所述调高滑块上固定设置有连接架横杆，所述连接架横杆水平设置，所述连接架横杆的一端与所述调高滑块固定连接，所述连接架横杆的另一端设置有夹紧装置，由所述夹紧装置对所述位移传感器进行安装。
7.根据权利要求1所述的材料力学综合实验平台，其特征在于，
还包括有辅助力加载装置，所述辅助力加载装置设置有两个，两个所述辅助力加载装置以所述底板的中心呈中心对称结构设置，两个所述辅助力加载装置设置在两个所述T型槽之间。
8.根据权利要求1所述的材料力学综合实验平台，其特征在于，
所述底板为硬质材料底板，所述底板为一体式结构。
9.根据权利要求1所述的材料力学综合实验平台，其特征在于，
所述抱头架通过螺栓固定在所述底板上；
所述等强度测试支持装置通过螺栓固定在所述底板上。
10.根据权利要求1至9任一项所述的材料力学综合实验平台，其特征在于，
还包括有应变仪，所述应变仪与所述位移传感器以及所述倾角传感器信号连接。
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