CN201421416Y

CN201421416Y - 适用于高等学校材料力学课程的简易实验装置

Info

Publication number: CN201421416Y
Application number: CN2009200961732U
Authority: CN
Inventors: 王怀文; 计宏伟; 眭自强; 潘磊; 单梅莹; 邵文泉
Original assignee: Tianjin University of Commerce
Current assignee: Tianjin University of Commerce
Priority date: 2009-04-03
Filing date: 2009-04-03
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2019-04-03

Abstract

本实用新型公开了一种适用于高等学校材料力学课程的简易实验装置，旨在提供一种价格便宜，简单易做，能够培养学生自主设计实验的简易装置。立柱和底座固定连接，悬臂梁一端与立柱固定连接，另一端悬空，在悬臂梁靠近固定端的某一横截面的上表面、底面和内侧面沿悬臂梁的长度方向分别贴有电阻应变片，在悬臂梁固定端的端面上贴有电阻应变片。在悬臂梁悬空的一端设置有托盘安装孔，加载托盘通过托盘安装孔与悬臂梁活动连接。该实验装置具有让学生自主设计实验的功能，将不同的电阻应变片接入电阻应变仪时，得到的结果也不同，从而可以加深学生对材料力学弯曲部分内容和电测法测量变形的理解，提高结合所学内容分析问题的能力。

Description

适用于高等学校材料力学课程的简易实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种简易材料力学实验装置，尤其适用于高等学校材料力学课程的简易实验装置。

背景技术

材料力学是高等学校机械类专业和近机械类专业的一门理论性较强的技术基础课，是学习专业课和其它力学课程的基础。它通过研究物体(或构件)在外力作用下的力与变形、破坏的规律，建立起基础理论和计算方法。通过该课程的学习，可以初步使学生学会应用力学的理论和方法，分析、解决一些简单的工程实际问题，培养学生分析问题和解决问题的能力。

而材料力学实验是材料力学课程的重要组成部分，它既有系统的基础理论，又结合实际构件，为构件设计提供必要的依据。通过实验，使学生熟悉和了解常用试验机和常用仪器的工作原理和使用方法，掌握基本的力学测试技术，深化理解理论知识，培养学生理论联系实际的能力，提高学生分析问题解决问题的能力。

目前，开设材料力学课程的高校都设置了材料力学实验，实验仪器有从价值十几万元的电子万能试验机到价值万元的材料力学试验台。这些试验仪器基本都存在这两个问题：1、实验内容单一或者程序化，不能充分发挥学生的自主设计实验；2、价格较贵。

实用新型内容

本实用新型是为了克服现有材料力学试验仪器存在的不足之处，提供一种结构简单，价格便宜，简单易做，能够培养学生自主设计实验的能力，加深学生对弯曲课程内容和电测实验内容的掌握和理解的简易实验装置。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种适用于高等学校材料力学课程的简易实验装置，其特征在于，包括悬臂梁、立柱、底座、多个电阻应变片、加载托盘和电阻应变仪，所述立柱和底座固定连接，所述悬臂梁一端与立柱固定连接，另一端悬空，在悬臂梁靠近固定端的某一横截面的上表面、底面和内侧面沿悬臂梁的长度方向分别贴有电阻应变片，在悬臂梁固定端的端面上贴有电阻应变片，端面上的电阻应变片方向任意。在悬臂梁悬空的一端设置有托盘安装孔，所述加载托盘通过托盘安装孔与悬臂梁活动连接。托盘安装孔为沿悬臂梁长度方向的长孔。

悬臂梁上表面的电阻应变片为2个，悬臂梁底面的电阻应变片为2个，悬臂梁内侧面的电阻应变片为1个，悬臂梁固定端的电阻应变片为1个，悬臂梁内侧面的电阻应变片与悬臂梁上表面和底面的距离相等。

本实用新型具有下述技术效果：

1、本实用新型的实验装置结构简单，价格低，而且，简单易做，具有让学生自主设计实验的功能，将电阻应变片接入电阻应变仪时，接入的电阻应变片不同，所接的电桥不同，得到的结果也不同，从而可以提高学生结合所学内容，分析问题的能力。

2、本实用新型的实验装置可以加深学生对材料力学弯曲课程内容的掌握和理解。通过比较实验值和理论值，培养学生分析误差来源的能力。

3、本实用新型的实验装置可以让学生掌握电测法测量变形的方法，而电测法是机械类和近机械类专业的一个重点。

附图说明

图1为本实用新型适用于高等学校材料力学课程的简易实验装置的示意图。

图中：1-悬臂梁；2-立柱；3-底座；4-固定螺栓；5-电阻应变片；6-加载托盘；7-电阻应变仪；8-电阻应变片；9-托盘安装孔。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型详细说明。

图1为本实用新型适用于高等学校材料力学课程的简易实验装置的示意图，包括悬臂梁1、立柱2、底座3、多个电阻应变片5和8、加载托盘6和电阻应变仪7。所述立柱2和底座3固定连接，悬臂梁1一端与立柱2采用固定螺栓4固定连接，另一端悬空。在悬臂梁靠近固定端的某一横截面的上表面、底面和内侧面沿悬臂梁的轴线方向分别贴有电阻应变片5，在悬臂梁固定端的端面上贴有电阻应变片8，电阻应变片8的方向任意。在悬臂梁悬空的一端设置有托盘安装孔9，加载托盘6通过托盘安装孔与悬臂梁活动连接。托盘安装孔为沿悬臂梁长度方向的长孔，使得加载托盘6能够沿着悬臂梁的长度方向移动。

其中，悬臂梁上表面的电阻应变片为2个，悬臂梁底面的电阻应变片为2个，悬臂梁内侧面的电阻应变片为1个，悬臂梁固定端的电阻应变片为1个，悬臂梁内侧面的电阻应变片与悬臂梁上表面和底面的距离相等。

进行实验前要知道悬臂梁所用材料的弹性模量E，可以通过对该种材料进行简单拉伸来获得，一般铝的弹性模量E大约为74GPa，钢材的弹性模量大约为210GPa。

情况1：将悬臂梁端面的电阻应变片作为温度补偿片，依次将悬臂梁上表面、侧面和底面的一个电阻应变片作为工作片接入电阻应变仪(1/4桥路)，设置电阻应变仪的有关初始参数，并使它平衡。然后在加载托盘中放入砝码加载。依次记录应变仪的示数。通过分析结果可以看出：上表面和底面电阻应变片的变形值大致相等，但数值的符号相反；侧面应变片的变形大约为0。从而验证以下理论：悬臂梁上距离中性层相等距离的位置变形相等；中性层以上的点受拉，以下的点受压；中性层处的变形为0。

情况2：将悬臂梁上表面和底面的各1个电阻应变片作为工作片接入电阻应变仪(半桥)，设置电阻应变仪的有关初始参数，并使它平衡。在加载托盘中放入与情况1相同大小的砝码加载，然后记录应变仪的示数。与情况1中的应变值相比较就会发现：情况2的测量值是情况1的测量值的大致2倍。从而验证以下理论：弯曲变形时半桥接法可以提高测量的精度。

情况3：将悬臂梁上表面和底面的各2个电阻应变片作为工作片接入电阻应变仪(全桥)，设置电阻应变仪的有关初始参数，并使它平衡。在加载托盘中放入与情况1相同大小的砝码加载，然后记录应变仪的示数。与情况1中的应变值相比较就会发现：情况3的测量值是情况1的测量值的大致4倍。从而验证以下理论：弯曲变形时全桥接法可以更能提高测量的精度。

情况4：沿着悬臂梁的长度方向移动加载托盘的位置，从而改变加载点与应变片所在截面之间的距离。重复以上3种情况的实验，并将测量结果与之比较，就会发现，变形的测量值与应变片所在截面到加载托盘间的距离成正比。从而验证以下理论：在线弹性范围内，变形与力成正比。

情况5：通过理论计算应变值，与以上各种情况下的实验测量值相比较，从而分析误差来源，提出提高测量精度的方法与措施。

Claims

1、一种适用于高等学校材料力学课程的简易实验装置，其特征在于，包括悬臂梁、立柱、底座、多个电阻应变片、加载托盘和电阻应变仪，所述立柱和底座固定连接，所述悬臂梁一端与立柱固定连接，另一端悬空，在悬臂梁靠近固定端的某一横截面的上表面、底面和内侧面沿悬臂梁的长度方向分别贴有电阻应变片，在悬臂梁固定端的端面上贴有电阻应变片；在悬臂梁悬空的一端设置有托盘安装孔，所述加载托盘通过托盘安装孔与悬臂梁活动连接。

2、根据权利要求1所述的适用于高等学校材料力学课程的简易实验装置，其特征在于，悬臂梁上表面的电阻应变片为2个，悬臂梁底面的电阻应变片为2个，悬臂梁内侧面的电阻应变片为1个，悬臂梁固定端的电阻应变片为1个，悬臂梁内侧面的电阻应变片与悬臂梁上表面和底面的距离相等。

3、根据权利要求1或2所述的适用于高等学校材料力学课程的简易实验装置，其特征在于，托盘安装孔为沿悬臂梁长度方向的长孔。