CN204029218U - 一种用于材料力学实验教学的综合实验器材 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种用于材料力学实验教学的综合实验器材，包括实验梁、立柱、底座、砝码支承杆、砝码块和电阻应变片，所述实验梁一端安装有用于放置砝码块的砝码支承杆，另一端固定在立柱上，所述实验梁侧面开有双孔平行腰形孔，所述双孔平行腰形孔两端的实验梁上下表面均贴有电阻应变片，所述电阻应变片与静态电阻应变仪连接。本实用新型所公开的教学器材能够综合利用电阻应变测量、传感器技术和材料力学理论、有限元分析技术，可用于材料力学的实验教学，也可用于传感器原理、有限元分析等课程的实验教学。

Description

一种用于材料力学实验教学的综合实验器材

技术领域

本实用新型涉及教学器材，尤其涉及一种应用于材料力学实验教学的综合实验器材。 

背景技术

实验梁的工作点(电阻应变片的贴片处)处的应力计算，材料力学方法得到的计算公式与实测的应力相差很大，甚至出现应力符号的错误，而有限单元法的计算结果与实测值比较一致。实验梁工作点的应力大小与加载力的作用点位置密切相关，但用实验梁原理做出的传感器的输出与加载力的作用点位置无关。原因何在？本实用新型通过自行设计的具有特殊几何形状的实验梁，并设计相应的实验器材和实验方案，可以直观的解释该现象，说明其内在原因。本实用新型所提出的实验器材以及相应的实验方法，还可以用作材料力学课程的一个综合性实验,也可以用于传感器技术、有限元法的实验教学。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是实现一种可以用于材料力学实验教学的器材。 

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种用于材料力学实验教学的综合实验器材，包括实验梁、立柱、底座、砝码支承杆、砝码块和电阻应变片，所述实验梁一端安装有用于放置砝码块的砝码支承杆，另一端固定在立柱上，所述实验梁侧面开有双孔平行腰形孔，所述双孔平行腰形孔两端的实验梁上下表面均贴有电阻应变片，所述电阻应变片与静态电阻应变仪连接。 

所述的实验梁一端设有十字槽用于固定砝码支承杆，所述砝码支承杆安装 在十字槽内。 

所述实验梁的双孔平行腰形孔由两个侧向贯通且相互连通的孔构成。 

本实用新型所公开的教学器材能够综合利用电阻应变测量、传感器技术和材料力学理论、有限元分析技术，可用于材料力学的实验教学，也可用于传感器原理、有限元分析等课程的实验教学。本实验装置可以说明：对于双孔平行梁上工作点的应力计算，材料力学计算方法的局限性和有限元分析法的正确性。并可以用实验的方法，直观地揭示双孔平行梁式传感器的输出与加载力的作用点位置无关的现象并解释其原因。 

附图说明

下面对本实用新型说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明： 

图1为实验器材结构示意图； 

图2、3为图1中实验梁结构示意图； 

图4(a)单臂半桥接法示意图； 

图4(b)全桥接法示意图； 

上述图中的标记均为：1、实验梁；11、安装孔；12、十字槽；13、双孔平行腰形孔；2、立柱；3、底座；4、砝码支承杆；5、砝码块；6、电阻应变片。 

具体实施方式

本专利所提出的双孔平行梁式传感器实验装置以及相应的实验，不仅涉及材料力学理论，还涉及传感器技术、有限元分析技术等多种课程中的理论知识。双孔平行梁式传感器敏感元件的工作点(电阻应变片6的贴片处)处的应力计算，材料力学方法得到的计算公式与实测的应力相差很大，甚至出现应力符号的错误，而有限单元法的计算结果与实测值比较一致。双孔平行梁式传感器工作点的应力与加载力的作用点位置密切相关，但双孔平行梁式传感器的输出与 加载力的作用点位置无关。原因何在？本实验装置通过自行设计的具有特殊几何形状的双孔平行实验梁1，并设计相应的实验方案，可以直观的解释该现象，说明其内在原因。 

参见图1可知，本实用新型综合实验器材，包括实验梁1、立柱2、底座3、砝码支承杆4、砝码块5和电阻应变片6，其中底座3用于支撑整个器材，立柱2竖直固定在底座3上，立柱2的上端水平固定有实验梁1，该实验梁1结构如图2、3所示，其一端固定在立柱2上，可以在该端预设若干安装孔11，通过螺钉将其固定在立柱2顶端，另一端安装有用于放置砝码块5的砝码支承杆4，可以在该端设置十字槽12，将砝码支承杆4安装在十字槽12内，这样不仅可以通过调节砝码块5重量，来进行实验负载调节，也可以调整砝码支承杆4位于十字槽12内的位置，来进行实验。 

实验梁1侧面开有双孔平行腰形孔13，该双孔平行腰形孔13由两个侧向贯通且相互连通的孔构成，双孔平行腰形孔13两端的实验梁1上下表面均贴有电阻应变片6，这四个电阻应变片6用于应变测量，其通过连接静态电阻应变仪，就构成了整个实验装置。 

四个电阻应变片6可以连接成电阻桥进行实验测量，实验方案与步骤如下： 

1)分别将A,B,C,D处的应变片作为工作片，接入应变仪的测量电桥，采用单臂半桥接法，即一个桥臂分别接入A,B,C,D处的电阻应变片6作为工作片，另一个桥臂连接温度补偿片，如图4(a)所示。采用等量逐级加载法测量A,B,C,D处的应变，按照公式σ＝Eε计算工作点的应力，分别与材料力学和有限元法计算的结果相比较，计算相对误差，验证这两种计算方法的正确性。 

2)采用单臂半桥接法，在载荷不变的条件下，移动载荷作用位置，观察工作点A,B,C,D处的应变输出有无变化。 

3)采用全桥接法，将A,B,C,D处的电阻应变片6作为工作片，接入测量电桥的R1,R2,R3,R4，如图4(b)所示。在载荷不变的条件下，移动载荷作用位置，观察应变仪的读数有无变化；固定载荷作用位置，采用逐级加载法加载，观察应变仪的读数是否与载荷呈线性变化。 

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (3)

1.一种用于材料力学实验教学的综合实验器材，其特征在于：包括实验梁、立柱、底座、砝码支承杆、砝码块和电阻应变片，所述实验梁一端安装有用于放置砝码块的砝码支承杆，另一端固定在立柱上，所述实验梁侧面开有双孔平行腰形孔，所述双孔平行腰形孔两端的实验梁上下表面均贴有电阻应变片，所述电阻应变片与静态电阻应变仪连接。

2.根据权利要求1所述的用于材料力学实验教学的综合实验器材，其特征在于：所述的实验梁一端设有十字槽用于固定砝码支承杆，所述砝码支承杆安装在十字槽内。

3.根据权利要求1或2所述的用于材料力学实验教学的综合实验器材，其特征在于：所述实验梁的双孔平行腰形孔由两个侧向贯通且相互连通的孔构成。